Biostatistikkojen elonkorjuu. Suomen biostatistiikan seura ry:n syystapaaminen MTT, Jokioinen

Transkriptio

1 Metlan tilastotieteestä ja Pohjois-Lapin metsien inventoinnista Juha Heikkinen, Virpi Alenius, Ville Hallikainen, Jaakko Heinonen, Juha Hyvönen, Risto Häkkinen, Marjo Neuvonen, Aki Niemi, Seija Sirkiä, Helena Henttonen Biostatistikkojen elonkorjuu Suomen biostatistiikan seura ry:n syystapaaminen MTT, Jokioinen

2 Sisältö 1. Metlan tutkimus ja sen organisointi 2. Tilastotiede Metlassa 3. Case: VMIn otanta-asetelma Pohjois-Lapissa esimerkkinä siitä miten seurantaa voi kohdistaa kiinnostaville alueille

3 Metlan tutkimuksesta ja sen organisoinnista Toiminta-ajatus: kehittää ratkaisuja metsien hoitoa, käyttöä, tuotteita, palveluja ja aineettomia arvoja koskeviin haasteisiin ja kysymyksiin Päämäärä: tieteellisesti korkeatasoinen ja yhteiskunnallisesti vaikuttava, metsien kestävää käyttöä ja elinkeinoelämän kilpailukykyä edistävä tutkimus- ja kehitystoiminta Vaikuttavuusalueet: metsiin perustuva yritys- ja elinkeinotoiminta metsät ja yhteiskunta kestävät metsänkasvatusketjut metsätalouden ja metsäympäristön tietovarannot

4 Henkilöstö, yksiköt ja toimipaikat : 750 työntekijää, joista 600 vakituisia Noin puolet tutkijoita Lisäksi mm. laboratoriohenkilökuntaa, tutkimusmetsissä työskenteleviä metsäalan ammattilaisia, tutkimusta avustavaa koe- ja kenttähenkilökuntaa

5 Tutkimus- ja kehittämistoiminnan perustana osaamisryhmät, joihin kaikki tutkijat kuuluvat Metsiin perustuva yritys-ja elinkeinotoiminta Metsäsuunnittelu Metsänhoidon teknologia Puubiomassan korjuuteknologia Kuitu- ja biotuotteet Puutuotteet, materiaalit ja mittaukset Metsä- ja puualan yrittäjyys ja yritystoiminnan kehittäminen Metsäalan toimintaympäristön kehitys ja tuotteiden markkinat

6 Osaamisryhmät (jatkoa) Metsät ja yhteiskunta Metsien eri käyttömuotojen yhteensovittaminen Kestävä luontomatkailu ja metsien virkistyskäyttö Monimuotoisuus, sen turvaamisen keinot ja yhteiskunnalliset vaikutukset Metsäsektorin politiikkatoimet sekä metsänomistaja- ja metsäorganisaatiorakenne Kansainvälinen metsätalous

7 Osaamisryhmät (jatkoa) Kestävät metsänkasvatusketjut Metsän geneettisen rakenteen säätely ja metsänjalostus Metsänhoito Turvemaiden metsätalous ja maankäyttö Metsämaan ominaisuudet ja toiminta Metsien kasvu- ja tuotos Metsätuhot Metsätalouden ja metsäympäristön tietovarannot Metsävaratiedot Tilastotiede ja menetelmät

8 Tutkimus määräaikaisissa tutkimusohjelmissa, hankeryhmissä sekä yksittäisissä hankkeissa Käynnissä olevat tutkimusohjelmat Metsäekosysteemien toiminta ja metsien käyttö muuttuvassa ilmastossa ( ) Metsästä hyvinvointia ( ) Uudistuvat puuntuotanto-arvoketjut ja puunhankintaratkaisut ( ) Tulevaisuuden metsät ja metsänhoito ( ) ForestEnergy2020 ( ) Metsäalan tulevaisuuden ennakointi ( ) Kerralla käynnissä n. 150 tutkimushanketta

9 Tilastotieteellä perinteisesti merkittävä rooli metsäntutkimuksessa (ja päinvastoin), esim: Cajanus: epäparametrinen regressio(!), esim. Ilvessalo 1924 Lindeberg 1924, 1926: linja-arvioinnin epävarmuus Matern 1960 Spatial variation Poso combining photo and field samples in forest inventory Laasasenaho Taper curve and volume functions Lappi Mixed linear models Tomppo spatial patterns of trees Penttinen et al Marked point processes in forest statistics Kangas Model based methods of inference for forest inventory Häkkinen bud-development theories time series Leskinen Statistical methods for measuring preferences Siipilehto parameter prediction methods for stand structures

10 Tämän päivän Metlassa Osaamisryhmä Tilastotiede ja menetelmät muotoutumassa Senkin jälkeen tilastotieteilijöitä kuuluu myös muihin osaamisryhmiin, ainakin Metsävaratiedot, Metsäsuunnittelu ja Kestävä luontomatkailu Tilastollista menetelmäkehitystä sovellusalan tutkimushankkeissa ja palveluhankkeessa Menetelmäkehitys ja tuki Menetelmäkehitys ja tuki -hanke vastaa myös tilastotieteellisten menetelmien neuvonnasta, tilastollisista ohjelmistoista ja henkilöstökoulutuksesta (ml. LYNET-kurssit)

11 Esimerkkejä hankkeista, joissa tilastotieteilijät työskentelevät Metsän luontainen uudistaminen pusikoita vai puun tuottamista Suometsien kasvu ja tuotos Matkailun ja virkistyskäytön merkitys maaseudun maisemassa Metsäkasvillisuus ja kasvupaikkaluokituksen tarkentaminen Metsien inventoinnin menetelmät Kasvihuonekaasujen laskenta ja raportointi Metsikködynamiikan ennustaminen ja MOTTI-ohjelmisto Metsäkasvien fenologia ja satoennusteet muuttuvassa ilmastossa Porot ja porolaitumet Luonnon virkistyskäytön seuranta ja arviointi Taimikon syntymisen ja alkukehityksen mallittaminen Puuraaka-aineen mittaus, laadutus ja arvon määritys puukaupan ja puunhankinnan tukena Ilmastomuutos ja juuret: Roudan ja tulvan vaikutus puiden kasvuun

12 Epälineaariset sekamallit Esimerkkejä tutkimuksista, joissa tilastotieteilijällä merkittävä rooli Alenius et al Evaluating estimation methods for logistic regression in modelling individual-tree mortality. In: Amaro, A., Reed, D. & Soares, P. (eds.). Modelling forest systems. CABI Nikula et al Modelling the factors predisposing Scots pine to moose damage in artificially regenerated sapling stands in Finnish Lapland. Silva Fennica. Hyppönen et al Models for the establishment and height development of naturally regenerated Pinus sylvestris in Finnish Lapland. Scand. J. Forest Res.

13 Koejärjestelyt, kokeiden analysointi, epävarmuus Taulavuori et al Elongation of Scots pine seedlings under blue light depletion. Silva Fennica Mäkitalo el al Effect of soil physical properties on the long-term performance of planted Scots pine in Finnish Lapland. Can. J. Soil Sci. Laurén et al Implications of uncertainty in pre-treatment dataset on estimation of treatment effects from paired catchment studies: loads of phosphorus from forest clear-cuts. Water, Air, and Soil Poll. Ahtikoski et al Scots pine stand establishment with special emphasis on uncertainty and cost-effectiveness, the case of northern Finland. New Forests. Bootstrap Häkkinen Statistical evaluation of bud development theories: application to bud burst of Betula pendula leaves. Tree Physiology Heikkinen & Mäkipää Testing hypotheses on shape and distribution of ecological response curves. Ecol. Modell.

14 Kyselyaineistot, moniyhtälömallit Hallikainen et al Family forest owners' opinions about forest management in northern Finland. Silva Fennica. Neuvonen et al Intention to revisit a National Park and its vicinity: effect of place attachment and quality perceptions. Int. J. Sociology Miina & Heinonen Stochastic simulation of forest regeneration establishment using a multilevel multivariate model. Forest Science Aikasarjat Sutinen et al Development and growth of primordial shoots in Norway spruce buds before visible bud burst in relation to time and temperature in the field. Tree Physiology Linkosalo et al The time series of flowering and leaf bud burst of boreal trees ( ) support the direct temperature observations of climatic warming. Agricultural and Forest Meteorology

15 Spatiaalinen tilastotiede Poikolainen et al Long-term changes in nitrogen deposition in Finland ( ) monitored using the moss Hylocomium splendens. Environmental Pollution Hauru et al Spatial distribution of saplings in heavily worn urban forests: Implications for regeneration and management. Urban Forestry & Urban Greening. Häkkinen et al Tree influence on carbon stock and C:N ratio of the soil organic layer in boreal Scots pine forests. Can. J. Soil Sci. Penttinen & Niemi On statistical inference for the random set generated Cox process with set-marking. Biom. J. Ekonometria Favada et al Effects of timber prices, ownership objectives, and owner characteristics on timber supply. Forest Science

16 Otanta ja inventointi Tomppo et al Designing and conducting a forest inventory - case: 9th National Forest Inventory of Finland. Springer Heikkinen et al Interpolating and extrapolating information from periodic forest surveys for annual greenhouse gas reporting. Forest Science. Kaukokartoitus Hyvönen et al Change detection using bi-temporal aerial photographs and registration at the stand level. Eur. J. For. Research McRoberts et al Estimating areal means and variances of forest attributes using the k-nearest Neighbors technique and satellite imagery. Remote Sensing of Environment

17 Pohjois-Lapin VMI-asetelma 2012 Taustatietona mm. lämpösumma

18 Lähtökohta Koealat yhden päivän mittaisissa rypäissä Poiminta vaihtelevilla mukaantulotodennäköisyyksillä (ml. ositettu otanta) vaikea toteuttaa Kaksivaiheinen otanta soveltuu paremmin: Luodaan ensin tiheä systemaattinen verkosto potentiaalisia rypäitä (1. vaiheen otos) Ositetaan nämä taustatietojen avulla, ml. mittaamiseen ja kulkemiseen kuluva aika Poimitaan maastossa mitattava 2. vaiheen otos s.e. mukaantulotn. vaihtelee ositteittain: sitä suurempi, mitä enemmän vaihtelua ja pienemmät mittauskustannukset Neyman-allokoinnilla voidaan ositteittaiset otoskoot valita niin, että aiemman monilähdetulkinnan mukainen metsä-kitumaan keskitilavuuden estimaatin keskivirhe minimoituu

19 Ositteet 0 Muuta maankäyttöä koealan lähellä (maastotietokanta) 1 Metsä: aiemman monilähdetulkinnan mukaan (lähes) kaikki koealat metsäisiä (metsä-kitumaahan kuulumisen todennäköisyyden 95 % luottamusvälin alaraja yli 0.8 kaikilla koealoilla) 2 Metsä- kitumaa: (lähes) kaikki koealat puustoisia 5 Joutomaa: (lähes) kaikki koealat puuttomia (mm. lämpösummaan perustuva malli) 4 Kitu- joutomaan pusikko 3 Kitu-joutomaalohkot, joilla yksittäisiä metsämaan koealoja.

20 1. vaiheen otoksen ositus

21 Optimaalinen allokointi osite 1. vaihe 2. vaihe otantasuhde, % yht

22 2. vaiheen otos

23 Kiitos