Maanpeitteen ja maankäytön muutostutkimusta Afrikassa

Transkriptio

1 Maanpeitteen ja maankäytön muutostutkimusta Afrikassa Geoinformatiikan tutkimuspäivät Petri Pellikka Geotieteiden ja maantieteen laitos Taitan tutkimusasema Helsingin yliopisto

2 Maanpeitteen muutokset Maanpeite on pääasiallinen tekijä veden, kaasujen, hiilen, aerosolien ja lämmön vaihdossa maan ja ilmakehän välillä Maatalousmaan kasvu vähentää alkuperäistä kasvillisuutta ja lisää avomaan määrää Kasvava albedo vaikuttaa säteilytasapainoon ja lämpöolosuhteisiin Vähenevä kasvillisuus sitoo vähemmän ilmakehän kosteutta ja pidättää vähemmän vesivaroja Paras menetelmä tutkia maanpeitteen ja albedon muutoksia on kaukokartoitus Ananasviljelmä, Kenia Albedon (%) vaihtelua eri maanpinnan luokista, Burkina Faso

3 GeoInformatics Research Group Professori, yliopistonlehtori (Mika Siljander/Tuuli Toivonen, tenure track professori suunnitteilla, professuuri fysikaaliseen maantieteeseen haettavana Post doc tutkijat Matto Mõttus, Janne Heiskanen ja Eduardo Maeda Tutkijakoulutettavia mm. Pekka Hurskainen, Mårten Boström, Tuure Takala, Xiochen Zou, Johanna Hohenthal, Kirsikka Heinilä GIMMEC tutkijayhteisö (Geoinformatics in monitoring and modelling environmental change) yhdessä luonnonmaantieteen (Miska Luoto), metsätieteiden (Pauline Stenberg) ja biotieteiden (Tarmo Virtanen) kanssa Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi

4 Paikallisia maanpeitteen muutoksia Alkuperäismetsien kaukokartoitusta , Taitavuoret, Kenia EnsoMOSAIC kuvausjärjestelmä

5 Taitavuoret, Kaakkois-Kenia Osa Itäisiä Kaarivuoria, luonnon monimuotoisuuden keskittymää maailmassa Useita kotoperäisiä eläin- ja kasvilajeja 1000 km2, ihmistä vuorilla ja ympäröivällä tasangolla Nousevat tasangolta yli 2000 metriin Vuoren huipuilla vuoristosademetsää Intensiivistä maataloutta ja suuri väestöntiheys vuorilla Tasangoilla karjanlaidunnusta, sisalplantaaseja, kansallispuistoja ja alhainen väestöntiheys

6 Mountain rain forest, 1800 m 1200 mm/v Rain shadow area Ngangao Mbololo Tsavo NP border Savannah, 500 m 500 mm/a Voi N Taita Research Station Vuria 2208 m Chawia Food crops Cash crops Riverine forest Trade winds from SE, orographic rains Sisalplantation Nyika, grazing Taita Hills, SPOT XS, , green, red and NIR wavelengths, false colour composition

7 Ilmakuva-aineisto Digitaalikameramosaiikit, EnsoMosaic, 2004 Mustavalkoilmakuvat,

8 Ngangao, Digitalikuvamosaiikki 140 kuvasta 500 m Yksittäinen kuva 500 m Ngangao, , Spatiaaliresoluutio 0.3 m jönen Milla Lanne

9 Ngangao Maanpeittomalli 50 cm spatialiresoluutio Visuaalinen tulkinta ArcGIS Alkuperäismetsä Pensaikko Peltometsäviljely Rakennettu alue Kallio Eksoottinen metsä Pelto Avomaa Tie Kosteikko by Mika Siljander Mika Siljander Vesi

10 Ngangao Metsän muutokset Menetelmät Metsäpinta-alan ja kuvoiden visuaalinen tulkinta Digitointi 500 m Muutostulkinta 1955 ja Ngangao Digitaalikamerakuvamosaiikki, images Ilmakuvamosaiikki, 2 kuvaa

11 Metsän muutokset Ngangao, Taita Hills, Kenya Alkuperäismetsä 150 ha 120 ha Eksoottinen metsä - 70 ha Kallio 10 ha 2 ha Märten Boström

12 Tulokset kuudesta metsästä Irizi Alkuperäismetsät vähenivät 50% Ngangao Mwambirwa Kokonaismetsäala pysyi samana eksoottisten istutusmetsien Mbololo takia Alkuperäismetsät 16 km raivattiin maatalousmaaksi Yale Eksoottiset metsät istutettiin avomaille ja kallioille Mwachora Pellikka, P. et al., Airborne remote sensing of spatiotemporal change ( ) in indigenous and exotic forest cover in the Taita Hills, Kenya. Int. J. of Applied Earth Observation and Geoinformation. Vuria Macha Fururu Susu Chawia

13 Alueelliset maankäytön muutokset SPOT satelliiittikuvadata 1987, 1992, 2003, 20m spatiaaliresoluutio Land Cover Classification System, FAO Maatalousmaat, pensaikot, tiheiköt, avoin metsä, istutusmetsä, alkuperäissademetsä, ruohostot, avomaa, rakennettu alue, kallio, vesi ja palaneet alueet

14 Maanpeitteen muutos, vuodenajat ja fenologia Kuva sadekuden päätteeksi Barnaby Clark

15 Maanpeitteen muutos, vuodenajat ja fenologia Maatalousalueen kasvu Kuva otettu kuivan kauden päätteeksi maastopalot Vesipinta-alan väheneminen Barnaby Clark Mwataten tekoallas

16 SPOT, and Object oriented classification Accuracy 89% Clark & Pellikka, 2009 Avoimien metsien ja pensaikkojen häviäminen

17 Pensaikkojen ja tiheikköjen häviäminen 20% Uudet pellot tasangolla Irizi Maatalousmaan kasvu 40% Avomaan kasvu 144% Alkuperäismetsien väheneminen 10% Spot Kinyesha Mvua Clark, B.J.F. & P.K.E. Pellikka, Landscape analysis using multiscale segmentation and object orientated classification. Recent Advances in Remote Sensing and Geoinformation Processing for Land Degradation Assessment. Taylor & Francis. Rakennetus alueen kasvu 17% (2% väestön kasvu) Vesipinta-alan lasku 76% Muutos vedenkäytössä ja kasvillisuudessa SPOT,

18 Simuloitu maankäyttöennuste Taitavuorille 2030 Maeda et al., Modelling agricultural expansion in Kenya s eastern Arc mountains biodiversity hotspot. Agricultural Systems 103,

19 Maatalousmaan kasvu Afrikassa Maanpeitteen muutos Joint Research Centre, EC 57 koealan kaukokartoitus ja luokitus: maatalousalueet, metsä, ei-metsä kasvillisuus, avomaa Maatalousmaan kasvu suurinta Madagaskarilla, Sahelin vyöhykkeellä ja Länsi-Afrikassa Afrikka on menettänyt 16% metsistään ja 5% avoimista metsistä ja ruohostoista 25 vuodessa Afrikassa maatalouden tuottavuuden lisääntyminen perustuu peltopinta-alan kasvuun Muualla maailmassa teknologian käyttöönottoon

20 Keskustelua

21 Vesivarat Dembwa cliff, Taita Hills Veden käytön lisääntyminen vuorilla (keinokastelu, talouskäyttö) Kasvillisuuden volyymin pienentyminen Ilmaston muutos (sataa vähemmän) Petri Pellikka

22 Future research Less irradiance due to mist/cloud cover Less long wave radiance Less heat to the atmosphere Less reflectance due to forest cover Taita Hills more capture of atmospheric moisture with greater vegetation volume

23 Metsien ennallistaminen Poistamalla eksoottiset puulajit Antamalla elintilaa alkuperäisille lajeille Valitettavasti mäntymetsää paloi tuhoten myös alkuperäissademetsää Indigenous forest undergrowth in pine plantation

24 Metsät ovat hyödyllisiä Sitovat hiiltä Synnyttävät pilviä ja sateita Varastoivat vettä Ylläpitävät luonnon monimuotoisuutta Promoavat luontoturismia Tarjoavat ekossysteemipalveluita; mm. elinympäristöjä maatalouskasvien pölyttäjille

25 Pilvien muodostuminen metsien päälle Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Mt. Kasigau, Taita :53 7:03 7:

26 Muuttuuko maanpeite? Vaihtoehto 1: peltojen raivaus jatkuu vaikutukset luonnon monimuotoisuuteen, säteilytasapainoon, vesitasapainoon ja eroosioon Vaihtoehto 2: paloherkille eksoottisille plantaasimetsille ei tehdä mitään mäntymetsät ränsistyvät, palavat ja palot tuhoavat myös sademetsää Vaihtoehto 3: eksoottisia plantaasimetsiä korvataan alkuperäislajeilla luonnon monimuotoisuus lisääntyisi ja vesivarat paranisivat pitkällä tähtäimellä luontoturismin, puunjalostusteollisuuden kehitys ja elinolosuhteiden parannus Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi

27 Tämänhetkiset hankkeet Kapasiteetin vahvistaminen tutkimuksen kautta Ilmaston ja maanpeitteen muutosten vaikutusten tutkimus Metsät ilmaston muutoksessa ja vesivarojen ylläpitämisessä CHIESA, BIODEV, TAITAWATER

28 Impact of Climate Change on Ecosystem Services in East African highlands Ilmastonmuutoksen vaikutus maissin, kahvin, avokadon ja kaalien pölyttäjiin ja tuhohyönteisiin ja niiden habitaatteihin Ilmaston ja maanpeitteen muutosten vaikutuksen habitaatteihin ja luonnon monimuotoisuuteen Helsingin yliopiston rooli kaukokartoitus- ja paikkatietotutkimus ja opetus Paikkatietoaineistojen tuottaminen ja jakaminen Suomen Ulkoasianministeriö icipe, International Centre of Insect Physiology and Ecology, University of York, University of Dar es Salaam, Sokoine University of Agriculture Taita Hills, (Kenia), Kilimanjaro (Tansania), Jimma (Etiopia)

29 Ilmakuvauskampanjat Helsingin yliopiston laitteilla Tammikuu 2012: AISA Eagle hyperspektraaliskanneri ja EnsoMosaic (NIKON) Helmikuu 2013: Optech laserkeilain ja AISA Eagle AISA Eagle lentolinja, leveys 500 m, spatiaaliresoluutio 0.5 m Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi , väärävärikompositio

30 AISA Eagle cm vihreä, punainen, NIR Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi NIKON D3X, cm sininen, vihreä, punainen

31 24 koealan kartoitus Mwatate - Vuria Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Lehtiala- ja spektrimittauksia

32 CHIESA Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi maatalousalueen teemakartoitus maataloustutkimusta varten, Arto Viinikka

33 Avocado Banana Maize Sugarcane Trees Maatalouskasvien kartoitusta AISA-aineistolla Mosaic, 5 lines Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Geotieteiden ja maantieteen laitos Pekka Hurskainen Classified Classified

34 Puulajikartoitus True Pulse laser pointerin avulla maastoaineistoa AISA-tulkinnoille Kokonaisluotettavuus 77%, monilla lajeilla yli 90% Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi

35 BIODEV - Building Biocarbon and Rural Development in West Africa (BIODEV) Tavoitteena lisätä puuston määrää metsissä ja pelloilla vähentääksemme hiilen määrää ilmakehässä REDD+ Reducing Emissions from Deforestation Helsingin yliopiston tehtävä biomassan ja hiilen kaukokartoitus laserkeilainaineiston ja optisen kaukokartoitusaineiston avulla Paikkatietokoulutus ja kapasiteetin vahvistaminen Maapeän hiilen monitorointi ICRAF:n toimesta Burkina Faso, Sierra Leone ja Kenia Suomen Ulkoasianministeriön rahoitus Koordinaattori ICRAF (World Agroforestry Center) ja muut CIFOR (Centre for International Forestry Research), Itä-Suomen yliopisto ja partnerit Burkina Fasossa ja Sierra Leonessa

36 Lidar ja AISA hyperspektraalidata Taitavuorilta km2 4 pistettä per m2 Samanaikaiset puustomittaukset 100 koealalta (0.1 ha) Puiden ja metsien biomassan ja hiilen mallinnus Metsän rakenteen mallinnus (pituus, tiheys, biomassa) ja analyysi AISA-datan kanssa Maaperän hiilen analysointi samoilta koealoilta

37 TAITAWATER - Multidisciplinary studies on vegetation-climate-ecosystem processes for water management in East African highlands Taitan paikallisilmaston tutkimus Ilmakehän kosteuden kaappaus puiden kautta Veden pidättyminen metsässä puiden ja epifyyttien avulla Sääasemia Veden käyttö Taitavuorilla Suomen Akatemia

38 Kuinka paljon metsä pystyy kaappaamaan ilmakehän kosteutta ja pidättämään sitä? Minkälainen latvusrakenne on koealoilla? (hemisfäärivalokuvat, laserkeilainaineisto) Kuinka sammalet ja jäkälät pidättävät vettä ja kuinka nopeasti ne kasvavat? Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Geotieteiden ja maantieteen laitos Pekka Hurskainen

39 Taitan tutkimusasema Tutkimusretki Taitavuorille jo vuonna 1989 Kolme Suomen Akatemian hanketta Kolme UM:n hanketta Helsingin yliopisto hankki Keniasta tutkimusaseman vuonna 2009 Maankäytön muutos ja sen vaikutus ekologiaan, ilmastoon, vesivaroihin ja ihmistoimintaan 8 väitöskirjaa ja liki 30 gradua Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi

40 Taitan tutkimusasema 1400 m Wundanyissä petiä Internet, sähkö, lämmin vesi, hyvä ruoka, sauna, opetustilat 12 hengelle, laboratoriot, kaksi autoa, prätkä ja maastopolkupyöriä Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi

41