Arktiske økosystemer i et klima i rask endring: Implikasjoner for Forskning på Rype

Transkript

1 Arktiske økosystemer i et klima i rask endring: Implikasjoner for Forskning på Rype John-André Henden Arktisk og Marin Biologi Universitetet i Tromsø & Fram High North Research Centre for Climate and the Environment

2 Disposisjon Del I Del II Kunnskapsstatus: Struktur & funksjon Endringer/trender og deres årsaker Utfordringer og Anbefalinger

3 Terrestre Arktiske Økosystem Høy-Arktisk Tundra Fjellrype

4 Terrestre Arktiske Økosystem Lav-Arktisk Tundra (busk-tundra) Lirype

5 ..samt økotonen mot taigaen Sub-Arktisk skog-tundra (nordligste boreale skog)

6 Egenskaper ved Terrestrisk Arktis Lite menneskelig aktivitet: ~4 mill. personer Kaldt Klima Lange sesonger med snø og is Struktur og funksjon av Arktiske økosystem er bundet til disse egenskapene

7 Klimaendringer I Arktis Oppvarmingen er allerede i gang

8 Drivere av klimaendring i tundra økosystem I. Endret sesongmessighet: Lengre & varmere somre II. Endret vinterklima: Mildere & mer variable vintre III. Arter ekspanderer inn i tundraen fra sør

9 I. Endret sesongmessighet: Lengre og varmere somre A) Lengre vekstsesong (Xu et al Nature Cl. Ch.): Sørlige sesonger har i gjennomsnitt flyttet seg 4-7 breddegrader nordover de siste 30 årene

10 Grønning av Arktis Jepsen et al Grønning = forbusking (dvs. ekspansjon av høye kratt) Syltefjord

11 Grønning av Arktis Landbaserte plott-målinger/eksperiment e.g. Elmendorf et al 2012a Ecol.Let., Elmendorf et al. 2012b Nature CC

12 Mye interesse er knyttet til forbusking : Positiv tilbakekobling til regional-global oppvarming H 2 O/CO 2 Chapin et al Science, Swann et al PNAS, Hartley et al Nat. Cl. Ch. H 2 O/CO 2 Økt transpirasjon/fordampning (H 2 O) Økt tap av Karbon i jordsmonn (CO 2 ) H 2 O Redusert albedo* *mål for et legemes evne til å reflektere lys

13 MEN; forbusking har sannsynligvis også effekter på biodiversitet + Høy-Arktisk Biota Sub-arktisk/ Lav-Arktisk Biota

14 Estimert tilstedeværelse Viktigheten av skjul fra kratt for lav-arktisk Lirype: Finnmark i Nord-Norway (Henden et al Basic & Appl Ecol) Region KO Region VJ Region IF % dekke av vierkratt

15 I. Endret sesongmessighet B) Tidligere start på våren Derksen & Brown Geophys. Res Lett 17% reduksjon i snødekke i Juni, per tiår

16 Tidligere start på våren: fremskreden fenologi Høye et al Current Biology Høye et al Nature CC Potensiell tidsmessig mismatch mellom arter i næringskjeden Post & Forchhammer 2008 PRSB Reinsdyr på vest-grønland

17 I. Endret sesongmessighet C) Senere start på vinteren Mismatch I drakt/pels-farge for snøskohare (Mills et al PNAS).?

18 II. Endret vinterklima: Mildere & mer variable Mer rain-on-snow (ROS) hendelser og smelte-fryse sykler Rennert et al J. Clim., Bartch et al Ecol. Appl.

19 Høy-arktisk NØ Grønland: Kollaps i populationssykelen for halsbåndlemen knyttet til kortere og mildere vintre Gilg et al. (2009). Gl. Ch. Biol., Schmidt et al. (2012) Frekvens av frostsmelte hendelser Frequency of frost-melt events

20 Lemensyklen I hjertet av næringsnettsinteraksjonene i tundra Ims & Fuglei 2005 BioScience Krebs PRSB Gyr falcon Snowy owl Arctic foxes Ermine Direkte effekt Indirekte effekt Skuas Roughlegged buzzard Wolf Carrion Raven and gulls Muskox Caribou Lemen Arctic hare Geese Ptarmigan Rype Passerine And shore birds Insects Herbs Grasses and Sedges Dryas Saxifraga Willows Mosses

21 Populasjonsdynamikk for smågnagere og Lirype i Skandinavia Indirekte næringsnetts-interaksjoner gjennom felles predatorer Lemen abundans Steen, JB et al Oikos Lirype produksjon

22 Tap av Lemensykelen i Alpine områder i Sør-Norge (Kausrud et al Nature) R 2 =-0.40 r vinter Økende hardhet av snø Rype (fra jaktstatistikk)

23 Endret Lirype- og smågnagerdynamikk i Sub-Arktisk Norge Gnagerdynamikk Kilpisjärvi Henttonen et al. Lirype rekrutering Troms Myrberget Jaktstatistikk (-----) linje-transekt ( ) Troms Holmstad et al Oikos

24 Gnagerdynamikk Finnmark sub/lav-arktisk Norge (Henden et al BAE) Fortsatt rådende gnagersykler men svak relasjon til Lirypedynamikk # skutt [I tusener] Habitat tilstedeværelse

25 III. Arter ekspanderer inn i tundraen fra sør I Finnmark (Norsk sub/lav Arktis): Ufordelaktige vinterforhold og/eller for mange dyr Økt dødelighet av reinsdyr på vinteren Flokkstørrelse (1000) Reinsdyr (N-Norge) Mer kadaver Foto: Olav Stand

26 Sannsynlighet for tilstedeværelse Mer reinsdyr kadaver styrker generalistpredator samfunnet (Henden et al J Appl Ecol) Reinsdyr Abundans Rypepopulasjonene kan ha havnet I ett «generalist predator hull»

27 Fremtidens Klimapåvirkning på arktiske økosystem: - Vi har bare begynt å se starten! Model projeksjoner år 2100 for den arktiske regionen: o C Projeksjoner (Xu et al Nature CC): Sørlige vekstsesonger vil flytte > 20 breddegrader nord 78 o N, o N, 1980

28 Utfordringer i lys av de store & raske endringene: Konklusjonene fra ABA Terrestre Økosystem 1. Forskning på arktiske økosystem og biodiversitet ute av stand til å predikere resultatet - Vi er utenfor vårt empiriske utvalg ingen historiske analogier - Økologiske modeller : prediktive evne for likevekts-system, men mangler for system i rask endring

29 Utfordringer i lys av de store & raske endringene: 1. Forskning på arktiske økosystem og biodiversitet ute av stand til å predikere resultatet - Nye & forstyrrede økosystem med ukjente egenskaper - Klimaendringer vil skje samtidig med: -Ny menneskelig infrastruktur -Nye & flere næringer i Arktis -Forurensing Kumulative effekter: Åpenbart vanskelig å predikere!

30 Utfordringer i lys av de store & raske endringene: 2. Forskning på arktiske økosystem og biodiversitet må endre fokus - Mer Nøyaktige og grundige observasjoner i sanntid enn basert på modell-projeksjoner - Mer langsiktighet enn kortsiktige program/finansiering

31 Utfordringer i lys av de store & raske endringene: 3. Forskning på arktiske økosystem og biodiversitet må endre tilnærming - Mer Holistisk & Økosystem-basert enn Fragmentert & Indikatorbasert ABA 2013: Effekter av endringer er ofte indirekte både i de biotiske og abiotiske delene av økosystemene

32 Et initiativ i Fram Senteret i Tromsø for å møte disse utfordringene: KOAT Klima-økologisk Observatorie for Arktisk Tundra Målet for KOAT: implementere et langsiktig, økosystem-basert, adaptivt overvåkningssystem for å avdekke hvordan Norske tundra-økosystem responderer på klimaendringene etablere kunnskap/alternativer for å kunne implementere avbøtende forvaltningstiltak

33 KOAT vil bli implementert på to nøkkelsteder i Norsk Arktis Svalbard Høy-Arktis Varangerhalvøya Lav-Arktis mot sub-arktis

34 Formålet med KOAT 1. Å identifisere endringer (trender) hos nøkkelarter, økosystemets struktur og funksjon utenfor naturlig variabilitet 2. Å identifisere årsaken til endringer: Effekten av klimaendringer og andre påvirkningsfaktorer 3. Å informere politikere og forvaltningen om alternativene, slik at de kan bestemme hvorvidt man skal tilpasse seg, avbøte eller bevare 4. Å utgjøre en integral del av adaptive forvaltningsprosjekt: evaluere effektene av tiltak. eller tilstrekkelighet av tilpasninger Gjennom disse formålene slutter KOAT seg til de mål og prinsipper som gjelder for Økosystem-Basert Adaptiv Overvåkning (jf. David Lindenmayer og Gene Likens)

35 Adaptiv overvåkning: Tiltak Eksperiment Konseptuell Modell - Nøkkelvariabler for overvåkning - Spekter av naturlige tilstander - Påvirkningsfaktorer (eks. klima) - Forvaltningsalternativer Prediksjoner Overvåkningsdesign - Sampling metoder - Sampling design - Rom-tid skalering Sampling Tilpass protokoll til: Forbedret kunnskap Forbedret modell Nye prediksjoner Justert design Ny teknologi (målinger & analyse) Data: analyser & tolkning Forbedret kunnskap Publisering og informasjonsspredning Involvering av intressentgrupper

36 Utviklingen av økosystem-baserte konseptuelle modeller: KOAT - vil innta en modulær tilnærming til næringsnett Small Eagles Snowy owl Foxes mustelids Gyrfalcon Skuas Roughlegged buzzard Wolverine Carrion Kløvdyr Reindeer Lemming Hare Rock Ptarmigan Willow Ptarmigan Raven and gulls Passerine And shore birds Insects Vierkratt Herbs Grasses and Sedges Vaccinium Betula nana Willows Mosses Sub-arctic forest Næringsnett moduler identifisere deler av næringsnettet som har sterke linker/interaksjoner til en økosystem-tjeneste, økosystem-funksjon eller forvaltningsmål Konseptuelle klima/forvaltnings effekt-modeller utvikles for hver modul

37 «Klima Effekt Modell» for Rype på Varangerhalvøya

38 Historien og dagens tilstand for KOAT: : Utvikling av Vitenskapsplanen for KOAT 22 forskere (økologer og klimatologer) involvert. 2013: Refereebehandling av Vitenskapsplanen for KOAT Fram Senterets rapportserie no.1 pp : Norges Forskningsråd har gitt 30 mill. NOK og MOEN-fondet 10 mill. til å utvikle infrastrukturen for KOAT. 2020: KOAT skal være fullt opp operativt på både Svalbard og Varangerhalvøya.