Ilmastonmuutoksen vaikutukset jokien hydrologiaan ja pohjaeläinyhteisöihin Mustonen Kaisa 1, Mykrä Heikki 2, Sarremejane R. 1, Marttila H. 2, Veijalainen N. 2, Sippel K. 2, Muotka T. 1, Hawkins C.P. 4 (1) Biological department, University of Oulu, Finland (2) Freshwater Centre, Finnish Environment Institute, Finland (3) Water Resources and Environmental Engineering Research Group, University of Oulu, Finland (4) Department of Watershed Sciences, Western Center for Monitoring and Assessment of Freshwater Ecosystems, and the Ecology Center, Utah State University, USA
Taustaa IPCC (2013) Pohjois-Euroopassa Lämpötilan kasvu 3 7 ºC vuoteen 2100 mennessä Lämpötila tärkein jokilajiston levinneisyyttä määräävä tekijä
Taustaa Sadannan muutokset Lumipeitteen väheneminen Virtaamien muutokset Eliöstön koostumuksen muutokset IPCC (2013)
Tutkimuksen tavoitteet Ennustaa jokien pohjaeläinyhteisöjen koostumus vuonna 2100 Kalibrointi Kalibrointi Validointi 240 näytepistettä näytepistekohtainen päivittäinen ilman lämpötila ja simuloitu virtaama vuosilta1980-2099 Tunnistaa ilmastonmuutokselle herkimmät pohjaeläinlajit ja jokityypit
Ilmastomallit ja hydrologiset muuttujat 5 erilaista ilmastoskenaariota perustuen A1B CO 2 päästöskenaarioon (IPCC 2007) kalibrointijakso:1981-2010 keskiarvot Kolme ennustejaksoa 78 päivittäisiin virtaamiin perustuvaa muuttujaa (VEMALA) Skenaario 4 ( ) vastaa IPCC 2013 skenaariota RCP4.5
Vemala Haihdunta Lähtötiedot: P, T,HP Kuva Kaisa Mustonen Lumi Sadantamalli Vesisade Lumi > 0 Ei Kyllä Lumimalli Maavesimalli Ylempi varasto Perustuu Syken Vesistömallijärjestelmään (WSFS) Konseptuaalinen malli, jossa muuttujat erilaisille vesivarastoille Jatkuva kalibrointi Alempi varasto Valunta Järvet ja joet pintavesien kuljetus Huttunen et al. (2015) A national-scale nutrient loading model for Finnish watersheds VEMALA. Environmental Modeling and Assessment
Mallinnetut virtaamat jokipisteillä: VEMALA Rytipuro Kuusamo Valuma-alueen koko = 2.31 km 2 Kuva Kaisa Mustonen
Biologinen mallinnus Tämä päivä Ennustettu ympäristödata Tulevaisuus Lajiston muutos Ympäristödata Mallinnus Biologinen data Lajin esiintymistodennäköisyys (P) paikalla (i) = E (E) nyt (E) tulevaisuus Lisää tietoa täydentävissä dioissa
Ennusteita vuodelle 2100 Lämpötilan muutos C Virtaaman muutos %
Virtaaman Ennustettavuuden Muutos Virtaaman vuodenaikaisuuden Muutos
E nyt / E tulev. E muutos Lajimäärä (E) Bray Curtis (BC) E = ennustettu taksonimäärä)
Virtaaman vuodenaikaisuuden Muutos 0.1 0.3-5 5 BC E muutos Vuodenaikaisuuden muutos
% muutos 350 300 250 200 Hydropsyche siltalai Hydropsyche angustipennis 150 Baetis rhodani Simuliidae 100 Arcynopteryx compacta Philopotamus montanus Ameletus inopinatus 50 0-50 0 50 100 150 200 250 Protonemura sp. -100 Esiintymisfrekvenssi nyt Ephemerella aurivillii
Virtaaman vuodenaikaisuus Matalan vuodenaikaisuuden indikaattorit Stenelmis canaliculata Orectochilus villosus Psychomyia pusilla Oecetis sp. Ceraclea dissimilis Ephemera vulgata Erpobdella sp. Cheumatopsyche lepida Chimarra marginata Mystacides sp. Onychogomphus forcipatus Caenis horaria Korkean vuodenaikaisuuden indikaattorit Apatania sp. Capnia sp. Ameletus inopinatus Ephemerella aurivillii Dixidae Arcynopteryx compacta Leuctra nigra Psychodidae Bathyomphalus contortus Hydraena sp. Baetis muticus Capnopsis schilleri -60-40 -20 0 20 Esiintymisfrekvenssin muutos
Yhteenveto Ilmastonmuutoksen vaikutukset todennäköisesti suurimmat pohjoisessa Lajeja saattaa hävitä ja korvautua toisilla, muutoksia lajiston koostumuksessa ilman muutoksia lajimäärissä Lämpötilan muutokset luultavasti merkittävin tekijä, mutta myös muutokset hydrologiassa ja etenkin virtaaman vuodenaikaisuudessa saattavat olla merkityksellisiä Pohjoiset lajit kärsivät eniten, mutta virtaaman muutokset voivat vaikuttaa lajistoon negatiivisesti laajalla alueella
Kiitos Kuva Leif Väisänen Kuva Leif Väisänen
Käsitekaavio mallinnuksesta Maat = mean annual Temperature, MAP = mean annual precipitation
Mallin muuttujat ja tunnusluvut Malliin valitut muuttujat Keskilämpötila Mallin tunnusluvut Keskivirtaama Malli Nollamalli 7 pv maks. virtaama Turvemaa-% Järvisyys-% Havumetsät % Kalibrointi (n=115) Validointi (n=25) Mean (O/E) 1.05 1.00 SD (O/E) 0.17 0.23 Mean (O/E) 1.01 1.01 SD (O/E) 0.17 0.24 0 10 20 30 40 Tarkkuuden alenema Virtaaman ennustettavuus O/E = havaittu lajimäärä (O) / ennustettu lajimäärä (E). Nollamallissa kaikilla lajeilla esiintymis-todennäköisyys (Pi) on lajin keskimääräinen esiintymisfrekvenssi, parannus mallin tarkkuudessa suhteessa nollamalliin 29 %