Impact of strong winds, heavy snow loads and soil frost conditions on the risks to forests in Northern Europe

Show full item record



Permalink

http://hdl.handle.net/10138/39615
Title: Impact of strong winds, heavy snow loads and soil frost conditions on the risks to forests in Northern Europe
Author: Gregow, Hilppa
Publisher: Ilmatieteen laitos
Date: 2013-06-06
Language: en
Belongs to series: Finnish Meteorological Institute Contributions no 94
ISBN: 978-951-697-781-5 (nid.)
978-951-697-782-2 (pdf)
ISSN: 0782-6117
URI: http://hdl.handle.net/10138/39615
Abstract: Abstract The aim of this work was to study the potential impacts of strong winds, heavy snow loads, and soil frost conditions on the risks to forests in northern Europe under the current and changing climate (until 2100), with the main focus on Finland. More specifically, the analyses concentrated on: i) changes in the occurrence of strong winds, heavy snow loads, and unfrozen soil conditions in Finland, ii) regional risks to Finnish forests from heavy snow loads and strong winds, iii) the mean and extreme geostrophic wind speeds in Northern Europe, and iv) estimation of windstorm-related timber losses in Europe in 1960-2011 using the geostrophic and ageostrophic isallobaric winds as a basis for the analyses. This work employed the meteorological measurements made by the Finnish Meteorological Institute (FMI) between 1961-2009, the datasets from the Finnish National Forest Inventory and the EFIATLANTIC storm catalogue, a number of global climate model (GCM) simulation runs using different greenhouse gas (GHG) emission scenarios (A1B, A2, and B1) and re-analyzed weather datasets ERA-40 and ERA-Interim. The occurrence and depths of soil frost were studied with a model that simulates the freezing of the snow-free ground. The occurrence of large snow loads was estimated with the cumulative snow load approach. The analyses of the risks from snow and/or wind to forests were based on simulations done by the ecosystem model SIMA, the mechanistic model HWIND, and a new regression fit between storm wind impact and timber losses in Europe. According to this work, the growth of Finnish forests is expected to increase under the changing climate. Concurrently, the tree species distribution may also change, which affects the potential risks to forests from wind and snow. In the current climate, strong mean wind speeds of about 17-18 m s-1 have occurred approximately once in 10 years in Finland (in October-February) and caused wind damages. In this work, wind speeds induced by intense cyclones were also found to correlate well with primary losses of timber. The annual maximum soil frost depth has also decreased 5-10% in the period 1980-2009 compared to the period 1971-2000 in southern and central Finland. Under the future climate projections, the soil is expected to hardly freeze at all in southern and central Finland by 2100. Mean and extreme geostrophic wind speeds are also projected to increase during September-April slightly by 2100. Furthermore, days with heavy snow loads may still occur in the near future. To conclude, wind-induced risks to forests in particular may increase in Finland and elsewhere in Northern Europe in the forthcoming decades. However, proper and timely management of forests could help reduce at least to some degree wind-induced risks to forests in the future. Tiivistelmä Tämän työn tavoitteena oli tutkia voimakkaiden tuulten, lumikuormien ja roudan esiintymisen mahdollisia vaikutuksia metsien tuhoriskeihin Pohjois-Euroopassa. Tarkastelut tehtiin nyky- ja muuttuvalle ilmastolle aina vuoteen 2100 asti. Pääpaino tutkimuksessa oli Suomessa. Työssä analysoitiin i) voimakkaan tuulen, lumikuormien ja routaolojen esiintymisessä tapahtuvia muutoksia Suomessa, ii) Suomen metsiin kohdistuvia alueellisia tuuli- ja lumituhoriskejä, iii) ilmastonmuutoksen vaikutusta keskimääräisiin ja äärimmäisiin geostrofisiin tuuliin Pohjois-Euroopassa ja iv) Euroopan primääristen metsätuhojen ja myrskyissä esiintyneiden geostrofisten ja ageostrofisen isallobaaristen tuulten välistä yhteyttä 1960–2011. Työssä käytettiin Ilmatieteen laitoksen havaintoaineistoa 1961–2009, Metsäntutkimuslaitoksen valtakunnan metsien inventointitietoja (METLA), Eurooppalaista metsien myrskytuhotietokantaa (EFIATLANTIC) ja lukuisia maailmanlaajuisia ilmastomalleja huomioiden eri skenaariot (A1B, A2 ja B1). Tämän lisäksi käytettiin uusanalysoituja meteorologisia aineistoja (reanalyysejä) ERA-40 ja ERA-Interim. Roudan syvyyksiä tutkittiin mallilla, joka laskee lumettoman maan jäätymistä. Puiden lumikuormien esiintymistä arvioitiin kumulatiivisella lumikuormamallilla. Metsiin kohdistuvia lumikuormien ja tuulten aiheuttamia riskejä analysoitiin SIMA-ekosysteemimallilla ja mekanistisella HWIND-mallilla. Tämän lisäksi kehitettiin regressioyhtälö, jolla voitiin arvioida metsien puustotuhojen määrää myrskytuulten perusteella Euroopassa. Työn perusteella Suomen metsien kasvu tulee lisääntymään ilmaston lämmetessä ja lisäksi puulajien jakauma voi muuttua. Tällä voi olla vaikutusta siihen, millaisia lumi- ja tuulituhoja metsissä tulevaisuudessa mahdollisesti esiintyy. Nykyilmastossa, 10-minuutin keskituuli, joka esiintyy keskimäärin kerran kymmenessä vuodessa, on voimakkaimmillaan noin 17–18 ms-1 maan etelä- ja länsiosan sisämaassa. Tyypillisimmin voimakkaita tuulia esiintyy lokakuusta helmikuuhun ulottuvalla jaksolla. Euroopan myrskyjen laajuudella, tuulen nopeudella, ja primääristen metsätuhojen suuruudella on selvä korrelaatio. Suomen etelä- ja keskiosassa roudan syvyydet ovat pienentyneet talvella 5-10 % verrattaessa jaksoa 1980–2009 jaksoon 1971–2000. Mikäli ilmaston lämpeneminen jatkuu, maan etelä- ja keskiosa muuttuvat vuosisadan loppuun mennessä vähitellen roudattomiksi. Lumikuormat voivat vielä lähivuosikymmeninä olla suuria maan etelä- ja keskiosassa, mutta loppuvuosisadalla suuria lumikuormia esiintynee enää pohjoisessa. Suomessa keskimääräiset ja äärimmäiset geostrofiset tuulet voimistuvat syyskuu-huhtikuu välisenä aikana vuoteen 2100 mennessä. Muutos on kuitenkin vain muutaman prosentin luokkaa. Kaikki tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että erityisesti metsiin kohdistuva tuuliriski on mitä todennäköisimmin kasvamassa niin Suomessa kuin muualla Pohjois-Euroopassa. Tämä edellyttää tuhoriskien huomioimista metsien hoidossa.
Subject: climate change
strong winds
damage by winds on trees
grid size and resolution
snow loads gustiness
soil frost
simulation occurrence of climatic elements
ilmastonmuutos
tuuli
metsät
tuulituhot
alueellinen ja ajallinen erotuskyky
lumikuormat
puuskaisuus
routa


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Cont94.pdf 406.2Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record