Current temporal trends in moth abundance are counter to predicted effects of climate change in an assemblage of subarctic forest moths

Changes in climate are influencing the distribution and abundance of the world's biota, with significant consequences for biological diversity and ecosystem processes. Recent work has raised concern that populations of moths and butterflies (Lepidoptera) may be particularly susceptible to population declines under environmental change. Moreover, effects of climate change may be especially pronounced in high latitude ecosystems. Here, we examine population dynamics in an assemblage of subarctic forest moths in Finnish Lapland to assess current trajectories of population change. Moth counts were made continuously over a period of 32 years using light traps. From 456 species recorded, 80 were sufficiently abundant for detailed analyses of their population dynamics. Climate records indicated rapid increases in temperature and winter precipitation at our study site during the sampling period. However, 90% of moth populations were stable (57%) or increasing (33%) over the same period of study. Nonetheless, current population trends do not appear to reflect positive responses to climate change. Rather, time‐series models illustrated that the per capita rates of change of moth species were more frequently associated negatively than positively with climate change variables, even as their populations were increasing. For example, the per capita rates of change of 35% of microlepidoptera were associated negatively with climate change variables. Moth life‐history traits were not generally strong predictors of current population change or associations with climate change variables. However, 60% of moth species that fed as larvae on resources other than living vascular plants (e.g. litter, lichen, mosses) were associated negatively with climate change variables in time‐series models, suggesting that such species may be particularly vulnerable to climate change. Overall, populations of subarctic forest moths in Finland are performing better than expected, and their populations appear buffered at present from potential deleterious effects of climate change by other ecological forces.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/106856/1/gcb12529.pd

Applicability of condensation particle counters to measure atmospheric clusters

This study presents an evaluation of a pulse height condensation particle counter (PH-CPC) and an expansion condensation particle counter (E-CPC) in terms of measuring ambient and laboratory-generated molecular and ion clusters. Ambient molecular cluster concentrations were measured with both instruments as they were deployed in conjunction with an ion spectrometer and other aerosol instruments in Hyytiälä, Finland at the SMEAR II station between 1 March and 30 June 2007. The observed cluster concentrations varied and ranged from some thousands to 100 000 cm -3. Both instruments showed similar (within a factor of ~5) concentrations. An average size of the detected clusters was approximately 1.8 nm. As the atmospheric measurement of sub 2-nm particles and molecular clusters is a challenging task, we conclude that most likely we were unable to detect the smallest clusters. Nevertheless, the reported concentrations are the best estimates to date for minimum cluster concentrations in a boreal forest environment

Knowledge transfer of climate-ecosystem-interactions between science and society — Introducing the Climate Whirl concept

Peer reviewe

Differing mechanisms of new particle formation at two Arctic sites.

New particle formation in the Arctic atmosphere is an important source of aerosol particles. Understanding the processes of Arctic secondary aerosol formation is crucial due to their significant impact on cloud properties and therefore Arctic amplification. We observed the molecular formation of new particles from low-volatility vapors at two Arctic sites with differing surroundings. In Svalbard, sulfuric acid (SA) and methane sulfonic acid (MSA) contribute to the formation of secondary aerosol and to some extent to cloud condensation nuclei (CCN). This occurs via ion-induced nucleation of SA and NH3 and subsequent growth by mainly SA and MSA condensation during springtime and highly oxygenated organic molecules during summertime. By contrast, in an ice-covered region around Villum, we observed new particle formation driven by iodic acid but its concentration was insufficient to grow nucleated particles to CCN sizes. Our results provide new insight about sources and precursors of Arctic secondary aerosol particles.Peer reviewe

Aerosoliprosessit polaarialueilla : synnystä ilmastollisiin vaikutuksiin

Atmospheric aerosols affect our health, air quality, visibility and climate. They can impact the climate trough their ability to interact with radiation and to alter cloud properties by acting as cloud condensation nuclei (CCN) or ice nuclei (IN). Globally, aerosols cool the climate, but locally their effect may be opposite. Their climatic effects are determined by their concentration, size distribution and chemical composition as well as their vertical and spatial distribution and the underlying surface type. Currently, the largest uncertainties in estimating our future climate are related to atmospheric aerosols and their intearctions with climate. Polar regions are experiencing faster warming than the Earth on average. This enhanced warming leads to many dramatic changes in the cryosphere, including rapid shrinkage of Arctic summer sea ice. Arctic ampli cation also decreases the temperature gradient between the Arctic and polar air masses. Both of these changes feed back to the atmospheric dynamics and thus the transport of pollutants into the Arctic. The rapid climate change alters also the sources - both natural and anthropogenic - and sinks of secondary aerosols in polar regions. Therefore, it is crucial to understand the formation and growth mechanisms of atmospheric aerosols in these areas in order to assess their climatic effects. High latitudes also offer a great natural laboratory to study the aerosol dynamics and timescales for reaching climatically relevant sizes or obtaining a balance between sources and sinks, with very little anthropogenic influence. Moreover, as the precipitation amount and patterns will change in the future, the removal of aerosols is also subject to change. Quantifying this requires parameterization for climate models. This thesis adds to the understanding of all of these aforementioned parts in the aerosol processes and their climatic effects in polar regions. It offers the fi rst observations of Antarctic new particle formation (NPF) from continental biogenic precursors and shows that areas with melt water ponds over glaciers and continental ice sheets are important regions for the formation of secondary aerosols and the organics evaporating from such ponds have the potential to grow the particles up to climatically relevant sizes even in timescales of only few hours. In this thesis, it is also shown that in areas with low background aerosol concentrations, large sources of anthropogenic sulphur have a substantial impact to the trends in NPF and potential CCN in the scale of few hundreds of kilometers. This thesis also introduces a new way to study the evolution of aerosol number size distribution during air mass transport and shows that the aerosol condensational growth is markable even in the absence of evident NPF. Finally, this thesis offers the fi rst parameterization of snow scavenging in a way that is easily applicable to climate models.Ilmakehä, jota hengitämme, sisältää satoja, tuhansia tai jopa kymmeniätuhansia nestemäisiä tai kiinteitä pieniä hiukkasia kuutiosenttimetrissä. Nämä hiukkaset ovat hyvin pieniä, kooltaan vain muutamista nanometreistä joihinkin satoihin mikrometreihin. Ilmakehän pienhiukkaset eli aerosolihiukkaset vaikuttavat terveyteemme, ilmanlaatuun, näkyvyyteen ja ilmastoon. Pienhiukkaset voivat vaikuttaa ilmastoon joko suoraan vuorovaikuttamalla säteilyn kanssa tai epäsuorasti toimimalla pilvipisaroiden ja jääkiteiden tiivistymisytiminä ja täten muokkaamalla pilvien ominaisuuksia. Globaalisti aerosoleilla on ilmastoa viilentävä vaikutus mutta paikallisesti niiden vaikutus voi olla päinvastainen. Niiden ilmastolliset vaikutukset määräytyvät niiden lukumääräpitoisuuden, kokojakauman ja kemiallisen komposition sekä niiden pystysuuntaisen ja alueellisen jakauman ja toisaalta alla olevan pintatyypin mukaan. Ilmastonmuutosta ennustettaessa suurin epävarmuus liittyy pienhiukkasiin ja erityisesti niiden vuorovaikutuksiin pilvien kanssa. Polaarialueet ovat lämmenneet muita maapallon alueita nopeammin. Lämpenemisen aiheuttamat muutokset näkyvät dramaattisimmin mm. merijään laajuuden nopeana vähenemisenä, jäätiköiden vetäytymisenä, Etelämantereen jäähyllyjen lohkeamisena sekä ikiroudan sulamisena. Arktisten alueiden nopeampi lämpeneminen aiheuttaa myös sen, että lämpötilaero Arktisen ja polaari-ilmamassan välillä pienenee. Tämä sekä merijään hupeneminen vaikuttavat sekä suoraan että epäsuorasti ilmakehän virtauksiin ja täten myös ilmansaasteiden kulkeutumiseen Arktikselle. Lisäksi polaarialueiden pienhiukkaslähteissä on odotettavissa muutoksia tulevaisuudessa. Tässä väitöstyössä on tutkittu sekundääristen, eli ilmassa syntyvien pienhiukkasten syntymekanismeja, kasvua, kuljetusta, ilmastovaikutuksia sekä lopulta poistumaa ilmakehässä sekä eteläisillä että pohjoisilla napa-alueilla. Työn tuloksena pystyttiin mm. osoittamaan, että ilmaston muuttuessa ja polaarialueiden lämmetessä näiden alueiden ilmakehän pienhiukkaspitoisuudet tulevat kasvamaan uusien biogeenisten ja ihmisperäisten hiukkaslähteiden myötä. Erityisesti väitöskirjatyössä havaittiin ensimmäistä kertaa, että Etelämantereella kesäisin syntyvät sulavesilammikot tuottavat merkittäviä määriä sekundaarisia hiukkasia ilmakehään ja näiden lampien yllä syntyneiden hiukkasten nähtiin osallistuvan pilvien muodostukseen suhteellisen pian syntymisensä jälkeen. Tämän uuden hiukkaslähteen merkitys tulee tulevaisuudessa kasvamaan todennäköisesti kaikkialla polaarialueiden jäätikköalueilla ja täten vaikuttamaan myös ilmastoon. Väitöskirjatyössä tutkittiin myös Kuolan niemimaan rikkipäästöjen vaikutusta hiukkasmuodostukseen Itä-Lapissa ja havaittiin, että neljäntoista vuoden aikana päästöjen vähetessä myös hiukkasmuodostusepisodit vähenivät merkittävästi. Samoin niiden hiukkasten lukumäärä, jotka pystyvät osallistumaan pilvien muodostumiseen, väheni. Tulevaisuudessa uusien laivareittien avautuessa Jäämerellä on todennäköistä että laivojen rikkipäästöt lisäävät hiukkastuotantoa ja vaikuttavat mahdollisesti Arktisen alueen ilmastoon. Työssä kehitettiin myös uusi menetelmä tutkia pienhiukkasten lukumääräkokojakaumien muutoksia ilmamassojen liikkeen mukana sekä ensimmäinen ilmastomalleihin helposti lisättävä parametrisaatio joka kuvaa kuinka tehokkaasti lumisade puhdistaa ilmaa pienhiukkasista