Arctic vegetation, snow and the global change

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4940-4
Title: Arctic vegetation, snow and the global change
Author: Niittynen, Pekka
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Geotieteiden ja maantieteen osasto
Doctoral Programme in Geosciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-09-10
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4940-4
http://hdl.handle.net/10138/318436
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The Arctic is warming two to three times faster than the global average. However, climate change is proceeding at different pace between seasons and the warming has been most prominent in winter. For most of the year, majority of the arctic organisms are covered by insulating snowpack. Snow protects arctic plants, bryophytes and lichens from weather events in the free atmosphere and may provide relatively warm and stable overwintering conditions. The importance of snow has been widely acknowledged, but snow information is rather rarely utilized in climate change impact models that predict the future state of the arctic vegetation. This is largely due to missing wintertime datasets and harsh winter conditions that limit field work efforts in the Arctic. Therefore, there has remained a largely unanswered question: what is the role of snow conditions in spatial redistribution of arctic species and vegetation under rapidly warming climate? In this thesis, I address these gaps in knowledge and methodology. I utilise extensive plot-scale vegetation datasets and link these data to detailed microclimatic measurements covering both summer and winter conditions and to satellite-born snow information at fine spatial scales. I use a suite of statistical modelling methods to explore the snow-vegetation relationships in species pools consisting several hundreds of arctic, alpine and boreal vascular plant, bryophyte and lichen species in northern Fennoscandia, Svalbard and western Greenland. These models are further used to predict patterns in species distributions, community and functional trait compositions and biodiversity in space and time, to test the sensitivity of these vegetation properties to concurrent and separate changes in snow conditions and temperatures. I found that snow and winter conditions have a fundamental role in arctic ecosystems by mediating the effects of climate change at local and regional scales. Snow information improves the accuracy of the models of arctic vegetation and reveals possible future trajectories otherwise hidden from climate change impact models if the effects of snow are not quantified. Heterogeneous snow accumulation is one of the main drivers of taxonomic and functional diversity in tundra, and losing the late melting snowbed environments may lead to homogenisation of the tundra and regional extinctions among snow specialist species. It is evident that ignoring the effects of snow can produce biased projections of the future status of arctic vegetation. Given the high ecological importance of snow in the Arctic, it is alarming that the uncertainties in snow projections for the second half of the century are so high. In the upcoming years, the scientific community should pay more attention to plant-snow relationships and interactions and improve the predictions of future snow conditions at fine spatial and temporal scales.Arktiset alueet lämpenevät kaksi, jopa kolme kertaa nopeammin kuin maapallo keskimäärin. Lämpeneminen etenee kuitenkin epätasaisesti vuodenaikojen välillä ja talvet ovat lämmenneet kaikista nopeimmin. Lumipeite suojaa arktisia eliöitä suurimman osan vuodesta. Se eristää lumen alla talvehtivat kasvit ja jäkälät vapaan ilmakehän sääilmiöiltä ja voi luoda verraten lämpimät ja vakaat talviolot. Lumen suuri merkitys pohjoisissa ekosysteemeissä tunnustetaan laajalti, mutta se silti usein sivuutetaan ilmastonmuuttoksen vaikutuksia tutkittaessa ja ennustettaessa. Suurin syy tähän on sopivien talvea ja lunta kuvaavien aineistojen puute. Siksi on laajalti tutkimatta, kuinka muuttuvat lumiolot tulevat vaikuttamaan arktisten lajien levinneisyyksiin ja runsauksiin tulevassa ilmastossa. Tässä työssä tilkitsen näitä aukkoja tiedoissamme. Tutkimusryhmämme on kerännyt kasvillisuusaineistoja pohjoisessa Fennoskandiassa, Huippuvuorilla ja Grönlannissa. Väitöskirjassani linkitän nämä kasvillisuustiedot tarkkoihin mittauksiin niin kesän kuin talven pienilmastosta sekä toistuvista satelliittikuvista irrotettuun lumi-informaatioon. Käytän tilastollisia malleja selvittämään, kuinka nämä ympäristötekijät vaikuttavat satojen pohjoisten putkilokasvi-, sammal- ja jäkälälajien esiintymiseen ja arktisen luonnon monimuotoisuuden alueelliseen jakautumiseen. Tutkin ja mallinnan, kuinka herkkä arktinen kasvillisuus on muutoksille lumipeitteessä erottamalla lumen vaikutukset suorista lämpötilannousun seurauksista. Sain selville, että talvi- ja lumiolosuhteet määräävät ratkaisevalla tavalla, kuinka ilmastonmuutoksen vaikutukset tulevat ilmenemään pohjoisessa luonnossa paikallisilla ja alueellisilla mittakaavatasoilla. Tiedot lumipeitteestä tai talvisesta pienilmastosta parantavat arktisten lajien levinneisyysmalleja ja voivat paljastaa tulevaisuudenkuvia, jotka jäisivät ennustamatta, jos talven olosuhteet jätetään huomiotta. Lumen vaihteleva kasautuminen ja sulaminen avoimella tundralla on yksi tärkeimmistä pohjoisen luonnon monimuotoisuutta ylläpitävistä tekijöistä. Erityisesti myöhään sulavien lumenviipymien katoaminen hävittäisi samalla suuren joukon tähän habitaattiin erikoistuneita lajeja ja yksipuolistaisi tunturimaisemia ja niiden eliöstöä. Näyttää selvältä, että lumen vaikutusten unohtaminen voi tuottaa harhaisia ennusteita pohjoisen luonnon tulevaisuudesta ja siksi tarvitsemme myös aiempaa tarkemman käsityksen siitä, kuinka lumiolot tulevat kehittymään kuluvan vuosisadan aikana.
Subject: maantiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
arcticve.pdf 5.281Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record