SATELLIITTIDATA TARJOAA UUSIA MAHDOLLISUUKSIA METSIIN SITOUTUNEEN HIILEN KARTOITUKSEEN

Metsänomistajalla on nyt mahdollisuus saada reaaliaikainen raportti biomassaan sitoutuneesta hiilestä

Maapallon tärkeimmät hiilinielut koostuvat metsistä ja meristä. Viime vuosina varsinkin metsien hiilinieluvaikutukset ovat puhuttaneet suomalaisia laajasti. Eikä ihme, sillä metsissä on suurin suomalainen potentiaali vastata EU:n pitkän aikavälin ilmastostrategiaan, joka asettaa tavoitteeksi hiilineutraaliuden vuoteen 2050 mennessä. Euroopan komissio mainitsee strategiassaan metsien ja maatalouden hiilinielut merkittävinä keinoina nollapäästötavoitteessaan. Metsien hiilitase (hiilinielu vai -lähde) on yksi tärkeimmistä yksittäisistä tekijöistä myös Suomen ilmastostrategiassa.

Paikallisen tason toimijat, kuten kaupungit ja kunnat, ovat määritelleet alueensa metsien hiilensidonnan osaksi hiilineutraalisuustavoitteitaan jo useiden vuosien ajan. Tämä kuitenkin vaatii nielujen todentamista ja hiilivarastojen pysyvyyden varmistamista, mikä taas edellyttää tarkkaa, monipuolista ja ajantasaista tietoa metsien kasvusta ja puustosta.  

Koska useat näistä kaupungeista hyödyntävät työssään metsäjärjestelmiä, on selkeä jatkumo, että ohjelmistosuunnittelussa otetaan huomioon tulevaisuuden tarpeet myös hiilitaselaskennan osalta. Bitcompin kehittämän Forestan kaltaiseen metsäsuunnitteluohjelmistoon yhdistettynä menetelmä tarjoaa työkalut metsäsuunnittelun päätöksenteon ja ympäristöpolitiikan apuvälineeksi. 

Tase, varasto, nielu vai lähde?

Hiilen sidontaa kuvaavat laskelmat ovat aiheuttaneet hämmennystä termistöllään sekä tulosten laajalla hajonnallaan. Eri tahojen tuottamat ennusteet siitä, minkä verran puuta Suomessa voitaisiin hakata vaarantamatta hiilinieluvaikutusta voivat vaihdella huomattavasti. Tulosten erot selittyvät paitsi hieman toisistaan poikkeavilla malleilla myös siitä, että periaatteessa samasta asiasta puhutaan erilaisilla, hieman eri asiaa tarkoittavilla termeillä. Tehdäänpä aiheeseen pikakatsaus:

Hiilivarasto: Metsän hiilivaraston muodostuvat puuston (biomassa) hiilivarastosta, kasvillisuuden sekä metsämaan hiilivarastosta. Hiilivaraston laskentaan on olemassa melko vakiintuneet ja luotettavat mallit ja se kertoo metsän tämän hetkisen tilanteen. Hiilivarastoja voivat olla myös puusta tehdyt tuotteet.

Hiilinielu: Hiilinieluilla tarkoitetaan kasvavaa hiilivarastoa, jotka muodostuvat puuston (biomassa) hiilivarastosta sekä metsämaan hiilivarastosta.

Hiilen lähde: Hiililähteellä tarkoitetaan ehtyvää hiilivarastoa. Hakkuun, maanmuokkauksen, kuolleen puuston tai metsätuhon takia metsään ja maaperään sitoutunut hiili poistuu takaisin ilmakehään.

Hiilitase: Hiilitaseella tarkoitetaan ekosysteemiin kertyvän (nielut) ja siitä poistuvan (lähteet) hiilen tasapainoa ja hiilivaraston muutosta aikayksikössä, esimerkiksi t/ha/a. Hiilitaseessa huomioidaan puuston kasvu, kokonaispoistuma sekä kuolleeseen puuainekseen ja maaperään sitoutunut ja vapautuva hiili.

Kaikissa malleissa hiilen määrän laskenta perustuu maaperän hiileen, puutuotteiden hiileen ja elävän biomassan sisältämän hiilen muutokseen. Biomassan laskentaan vaikuttaa pääpuulaji, puuston määrä ja pituus sekä kasvipeitteisyys.

Hiilivarastojen ennustettavuus on merkittävä tekijä hiilitaseen laskennassa. Jotta hiilitaseen avulla voitaisiin tehdä johtopäätöksiä metsänhoidon tueksi, hiilitaseen kehitystä on pystyttävä seuraamaan ja ennustamaan vuosikymmeniä eteenpäin.

Satelliittidata kertoo tiedot biomassasta nyt

Mistä sitten eri tulosten hajonta johtuu? Pääsääntöisesti siitä, että eri mallien kasvuennusteet puuston ja metsien hiilinielujen kehityksestä poikkeavat merkittävästi toisistaan. Ennustettavuuden haasteet liittyvät erityisesti ilmastonmuutokseen. Kasvuolosuhteiden muutosskenaariot liittyvät esimerkiksi sadantaan, typpilaskeumaan, ravinteisiin ja lämpötilaan, eikä ilmastonmuutoksen tarkkoja vaikutuksia metsien hiilensidontaan ole pystytty määrittelemään. Toisaalta ilmaston lämpeneminen voi kiihdyttää ja parantaa metsien kasvua, joka lisää hiilen sitoutumista biomassaan. Toisaalta taas lämpenemisen myötä metsiin kohdistuvien häiriöiden ennustetaan lisääntyvän. Näitä ovat esimerkiksi ravinteiden köyhtyminen, uudet tuhohyönteiset sekä metsäpalojen, metsämaan hajotustoiminnan ja myrskytuhojen voimakas kasvu. Nämä kaikki vapauttavat hiilidioksidia karikkeesta ja maaperästä nykyistä enemmän.

Ilman ilmastonmuutoksen tuomia epävarmuustekijöitäkin, kasvuennusteiden ensimmäinen ongelmakohta onyksinkertaisesti lähtötietojen ajantasaisuus. Tarja Tuomainen kertoo blogikirjoituksessaan, että Suomessa puuston biomassan hiilitaseen laskenta perustuu VMI-aineistoihin, jonka inventointiväli on nykyisin 5 vuotta. Ilmastopaneelin tekemässä raportissa käytössä olivat VMI10- ja VMI11-aineistot. Näistä VMI11-aineiston maastotyöt tehtiin vuosina 2009–2013. Biomassan kasvun laskennassa ongelmaksi muodostuvat aikasarjan viimeiset vuodet. Julkisesti saatavilla olevat VMI-aineistoihin perustuvat biomassakartat (LUKE) päivitetään kyllä parin vuoden välein, mutta datat eivät ole sillä hetkellä enää ajantasaisia vaan ne perustuvat useamman vuoden takaiseen tilanteeseen. Sama ongelma on myös Ruotsissa ja Norjassa, joiden metsämaan puuston hiilitaselaskenta perustuu otantapohjaiseen valtakunnan metsien inventointiin.

Mikäli siis lähtötiedot ovat puutteelliset tai vanhentuneet, mallien tulokset menevät pieleen jo tässä vaiheessa. Tähän ongelmaan päästään onneksi tarttumaan satelliittidatalla ilman massiivista lisätyötä. Satelliittiaineiston avulla pystytään nostamaan hiilitaselaskennan taustalla olevan metsätiedon ajantasaisuutta ja samalla saadaan tietoa maankäytön muutoksista, kuten hakkuista tai muusta metsäkadosta. Satelliittiseurannalla ei ole siis tarkoitus korvata muita kartoitusmenetelmiä, vaan edistää mahdollisimman ajantasaisen metsävaratiedon saatavuutta. Kun hiilivarastojen nykytilanne ja sitä kautta hiilitase voidaan laskea varmasti oikean pohjatiedon päälle, esimerkiksi kaupunkien metsäasiantuntijat pystyvät luotettavasti raportoimaan metsäalueisiinsa varastoituneen todellisen hiilen määrän.

Saadaanko satelliitista apua kasvuennusteiden parantamiseen?

Hiilivarastojen suuruus voidaan esittää esimerkiksi kuviakohtaisesti teemakarttoina.

Kuten tämän kirjoituksen alussakin todettiin, metsien kyky varastoida hiiltä on iso osa kaupunkien hiilineutraalisuustavoitteita, ja tavoitteita varten tarvitaan luotettavat ennusteet metsän kasvusta ja siitä millaisilla hiilivarastoilla tavoitteisiin voidaan päästä.

Koska ilmastonmuutos vaikuttaa eri alueille eri tavoin, 100% luotettavaa kasvuennustetta ei voidakaan tehdä. Niinpä jo tästä syystä satelliittidatan ottaminen keinovalikoimaan voidaan nähdä entistä tärkeämpänä. Vertaamalla eri aikoina otettuja kuvia keskenään satelliittidataan yhdistetty tekoäly pystyy päättelemään, millaisia muutoksia biomassan määrässä tapahtuu.

Kun käyttäjällä on ajantasainen tieto hiilivarastosta ja metsän sen hetkisestä biomassamäärästä, hän pystyy tarkastelemaan ja tarvittaessa korjaamaan ennustetta esimerkiksi vuoden välein. Bitcompin kehittämä EnviNavigator-tekoäly on tehty juuri tällaisia tapauksia varten. Laskennan tarkkuutta voidaan koneoppimisen ansiosta kehittää koko ajan tiedon lisääntyessä.

Ajantasainen hiiliraportointi saatavilla jo metsäjärjestelmiin

Satelliittidata ja tekoäly osana metsänhoitoa eivät ole mitään tulevaisuuden haaveita, vaan täysin tätä hetkeä. Bitcomp kehittää parhaillaan EnviNavigator-hankkeen puitteissa satelliittiaineistoon ja tekoälyyn pohjautuvia analyysejä ilmastonmuutoksen riskien ennustamiseen ja vaikutusten havainnointiin. Uuden satelliittikartoitusmenetelmän ansiosta hiilitase on mahdollista esittää digitaalisina karttoina 10 m resoluutiolla. Tietoja on mahdollista tämän jälkeen hyödyntää esimerkiksi metsän käsittelyn suunnittelussa, hiilensidonnan optimoinnissa ja ilmastovaikutusten arvioinnissa.

Resursseja hiililaskennan kehittämiseen on laitettu niin julkisella kuin yksityiselläkin sektorilla ja kehitys tulee olemaan nopeaa tulevina vuosina. Myös Bitcomp on osaltaan mukana kehittämässä hiilitaseen laskentaa luotettavampaan suuntaan ja luonnollisesti se kannattaa tehdä niillä osa–alueilla jossa olemme hyviä: satelliittidatan ja tekoälyn hyödyntämisessä sekä sovelluskehityksessä. Niiden avulla voimme tarjota metsäammattilaisille avaimet parempiin lähtötietoihin ja itseoppivaan analyysiin. Samalla haluamme pystyä palvelemaan metsänomistajakunnan moninaisia arvoja. Taloudellisten arvojen lisäksi nykyaikaisissa metsäjärjestelmässä voidaan huomioida luonnon monimuotoisuus sekä hiilitaseen laskenta ja optimointi.

Foresta-metsäjärjestelmän käyttäjät tulevat saamaan jo tänä vuonna käyttöönsä metsävarojen hiiliraportit. Tulevaisuudessa ohjelmiston käyttäjä voi laskentapalvelun avulla arvioida käytännön metsänhoidon vaikutuksia metsien hiilitaseisiin ja halutessaan testata hiilinielujen kannalta optimaalisia metsänkäsittelyvaihtoehtoja. Samoin saatavilla olevan ajantasaisen tiedon ansiosta toimijat voivat tulevaisuudessa myös tarkastella miten hyvin he ovat saavuttaneet hiilensidontatavoitteensa ja miten hyvin kasvuennusteet toteutuivat.

Bitcomp kehittää hiiliraportointia EnviNavigator-hankkeessa, joka kuuluu Euroopan avaruusjärjestö ESA:n rahoitusohjelmaan. Hankkeen tavoitteena on kehittää analyysipalveluita ympäristön tilan muutoksen tulkitsemiseen satelliittidatasta tekoälyn ja koneoppimisen avulla.