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 23.8.2012
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
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
Henkilöstö, yksiköt ja toimipaikat 1.1.2012: 750 työntekijää, joista 600 vakituisia Noin puolet tutkijoita Lisäksi mm. laboratoriohenkilökuntaa, tutkimusmetsissä työskenteleviä metsäalan ammattilaisia, tutkimusta avustavaa koe- ja kenttähenkilökuntaa
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
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
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
Tutkimus määräaikaisissa tutkimusohjelmissa, hankeryhmissä sekä yksittäisissä hankkeissa Käynnissä olevat tutkimusohjelmat Metsäekosysteemien toiminta ja metsien käyttö muuttuvassa ilmastossa (2007 2012) Metsästä hyvinvointia (2008 2013) Uudistuvat puuntuotanto-arvoketjut ja puunhankintaratkaisut (2009 2013) Tulevaisuuden metsät ja metsänhoito (2012-2016) ForestEnergy2020 (2012 2016) Metsäalan tulevaisuuden ennakointi (2012-2015) Kerralla käynnissä n. 150 tutkimushanketta
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 1972. combining photo and field samples in forest inventory Laasasenaho 1982. Taper curve and volume functions Lappi 1986. Mixed linear models Tomppo 1986. spatial patterns of trees Penttinen et al 1992. Marked point processes in forest statistics Kangas 1994. Model based methods of inference for forest inventory Häkkinen 1999. bud-development theories time series Leskinen 2001. Statistical methods for measuring preferences Siipilehto 2011. parameter prediction methods for stand structures
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)
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
Epälineaariset sekamallit Esimerkkejä tutkimuksista, joissa tilastotieteilijällä merkittävä rooli Alenius et al. 2003. 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. 2008. Modelling the factors predisposing Scots pine to moose damage in artificially regenerated sapling stands in Finnish Lapland. Silva Fennica. Hyppönen et al. 2005. Models for the establishment and height development of naturally regenerated Pinus sylvestris in Finnish Lapland. Scand. J. Forest Res.
Koejärjestelyt, kokeiden analysointi, epävarmuus Taulavuori et al. 2005. Elongation of Scots pine seedlings under blue light depletion. Silva Fennica Mäkitalo el al. 2010. Effect of soil physical properties on the long-term performance of planted Scots pine in Finnish Lapland. Can. J. Soil Sci. Laurén et al 2009. 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. 2010. Scots pine stand establishment with special emphasis on uncertainty and cost-effectiveness, the case of northern Finland. New Forests. Bootstrap Häkkinen 1999. Statistical evaluation of bud development theories: application to bud burst of Betula pendula leaves. Tree Physiology Heikkinen & Mäkipää 2010. Testing hypotheses on shape and distribution of ecological response curves. Ecol. Modell.
Kyselyaineistot, moniyhtälömallit Hallikainen et al. 2010. Family forest owners' opinions about forest management in northern Finland. Silva Fennica. Neuvonen et al. 2010. Intention to revisit a National Park and its vicinity: effect of place attachment and quality perceptions. Int. J. Sociology Miina & Heinonen 2008. Stochastic simulation of forest regeneration establishment using a multilevel multivariate model. Forest Science Aikasarjat Sutinen et al 2012. 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 2009. The time series of flowering and leaf bud burst of boreal trees (1846-2005) support the direct temperature observations of climatic warming. Agricultural and Forest Meteorology
Spatiaalinen tilastotiede Poikolainen et al. 2009. Long-term changes in nitrogen deposition in Finland (1990-2006) monitored using the moss Hylocomium splendens. Environmental Pollution Hauru et al. 2012. Spatial distribution of saplings in heavily worn urban forests: Implications for regeneration and management. Urban Forestry & Urban Greening. Häkkinen et al. 2010. 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 2007. On statistical inference for the random set generated Cox process with set-marking. Biom. J. Ekonometria Favada et al. 2009. Effects of timber prices, ownership objectives, and owner characteristics on timber supply. Forest Science
Otanta ja inventointi Tomppo et al. 2011. Designing and conducting a forest inventory - case: 9th National Forest Inventory of Finland. Springer Heikkinen et al. 2012. Interpolating and extrapolating information from periodic forest surveys for annual greenhouse gas reporting. Forest Science. Kaukokartoitus Hyvönen et al. 2011. Change detection using bi-temporal aerial photographs and registration at the stand level. Eur. J. For. Research McRoberts et al. 2007. Estimating areal means and variances of forest attributes using the k-nearest Neighbors technique and satellite imagery. Remote Sensing of Environment
Pohjois-Lapin VMI-asetelma 2012 Taustatietona mm. lämpösumma
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
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.
1. vaiheen otoksen ositus
Optimaalinen allokointi osite 1. vaihe 2. vaihe otantasuhde, % 0 68 34 50 1 64 27 42 2 165 65 39 3 224 42 19 4 74 8 11 5 56 4 7 yht. 658 180 27
2. vaiheen otos
Kiitos