Climate change and the future distribution of palsa mires : ensemble modelling, probabilities and uncertainties

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9048-6
Title: Climate change and the future distribution of palsa mires : ensemble modelling, probabilities and uncertainties
Author: Fronzek, Stefan
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences
Finnish Environment Institute
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2013-08-23
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9048-6
http://hdl.handle.net/10138/40109
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Palsas are mounds with a permafrost core covered by peat. They occur in subarctic palsa mires, which are ecologically valuable mire complexes located at the outer margin of the permafrost zone. Palsas are expected to undergo rapid changes under global warming. This study presents an assessment of the potential impacts of climate change on the spatial distribution of palsa mires in northern Fennoscandia during the 21st century. A large ensemble of statistical climate envelope models was developed, each model defining the relationship between palsa occurrences and a set of temperature- and precipitation-based indicators. The models were used to project areas suitable for palsas in the future. The sensitivity of these models to changes in air temperature and precipitation was analysed to construct impact response surfaces. These were used to assess the behaviour of models when extrapolated into changed climate conditions, so that new criteria, in addition to conventional model evaluation statistics, could be defined for determining model reliability. A special focus has been on comparing alternative methods of representing future climate, applying these with impact models and quantifying different sources of uncertainty in the assessment. Climate change projections were constructed from output of coupled atmosphere-ocean general circulation models as well as finer resolution regional climate models and uncertainties in applying these with impact models were explored. New methods were developed to translate probabilistic climate change projections to probabilistic estimates of impacts on palsas. In addition to future climate, structural differences in impact models appeared to be a major source of uncertainty. However, using the model judged most reliable according to the new criteria, results indicated that the area with suitable climatic conditions for palsas can be expected to shrink considerably during the 21st century, disappearing entirely for an increase in mean annual air temperature of 4°C relative to the period 1961-1990. The risk of this occurring by the end of the 21st century was quantified to be between 43% (for the B1 low emissions scenario) and 100% (for the A2 high emissions scenario). The projected changes in areas suitable for palsas are expected to have a significant influence on the biodiversity of subarctic mires and are likely to affect the regional carbon budget.Palsat ovat turvekumpuja, joiden ydin ei sula kesälläkään. Palsoja esiintyy subarktisilla palsasoilla, jotka ovat ikirouta-alueen reunoilla sijaitsevia ekologisesti arvokkaita suoalueita. Ilmaston lämpenemisen odotetaan aiheuttavan nopeita muutoksia palsasoihin. Tämä tutkimus arvioi ilmastonmuutoksen mahdollisia vaikutuksia palsojen esiintymisalueeseen Fennoskandian pohjoisosassa 2000-luvulla. Tutkimuksessa kehitettiin tilastollisia bioklimaattisia levinneisyysmalleja, joilla ennustettiin tulevaisuudessa palsoille soveltuvia alueita. Palsojen esiintyminen johdetaan malleissa indikaattoreista, jotka perustuvat lämpötilaan ja sademäärään. Analysoimalla bioklimaattisten levinneisyysmallien herkkyyttä lämpötilan ja sademäärän muutoksiin muodostettiin vaikutusvastepintoja. Näitä käytettiin mallien toimivuuden arvioimiseksi, kun mallit ekstrapoloitiin koskemaan muuttuneita ilmasto-olosuhteita. Vaikutusvastepintojen avulla pystyttiin määrittelemään uusia kriteereitä mallien luotettavuuden arvioimiseksi perinteisten arviointimenetelmien lisäksi. Tutkimus tarkasteli erityisesti vaihtoehtoisia tapoja luonnehtia tulevaisuuden ilmastoa, vaihtoehtojen käyttämistä vaikutusmalleissa sekä tapoja kvantifioida epävarmuutta vaikutusennusteissa. Ilmastonmuutosennusteet laadittiin globaalien ja alueellisten ilmastomallien perusteella ja tarkasteltiin niistä vaikutusmalleihin juontuvia epävarmuuksia. Tutkimuksessa kehitettiin uusia menetelmiä kytkeä vaikutusvastepinnat ilmastonmuutoksen todennäköisyysennusteisiin ja johtaa näin todennäköisyysennusteita ilmastonmuutoksen vaikutuksesta palsoihin. Tulevaisuuden ilmastoennusteisiin liittyvän epävarmuuden lisäksi vaikutusmallien rakenteelliset erot vaikuttivat olevan suuri epävarmuuden aiheuttaja ennusteissa. Kun käytettiin uusien kriteerien perusteella luotettavimmaksi arvioitua mallia, palsasoiden leviämisalueen ennustettiin kutistuvan huomattavasti 2000-luvulla ja häviävän kokonaan, jos lämpötila nousee yli 4°C verrattuna jaksoon 1961-1990. Riskiksi, että näin tapahtuu ennen vuotta 2100, arvioitiin 43% matalien päästöjen emissioskenaariolla B1 ja 100% korkeiden päästöjen emissioskenaariolla A2. Ennustetut muutokset palsojen esiintymisalueessa vaikuttanevat suuresti subarktisten soiden monimuotoisuuteen ja alueelliseen hiilitaseeseen.
Subject: environmental sciences
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
fronzek_dissertation.pdf 3.512Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record