Adaptation to Climate Change by Agri-Environmental Policy in Finland

vokKA

Algoritmin ja korkeusmallin resoluution vaikutus valuma-alueen laskentatulokseen

The goal of this master's thesis was to examine if the resolution of digital elevation model (DEM) and flow direction algorithm have an effect on determining catchments with GIS-system. The effect was tested in three test areas using two or three different DEMs depending on test area and two different algorithms. In this research, catchments and their division basis, principles and implementations of flow direction algorithms used to determine catchments and digital elevation models were clarified. Concepts of terrain analysis were explained as background of implementation of flow direction algorithms. In addition programs used in determining catchments were examined in this master's thesis. This thesis also determined requirements for an application which creates an upstream catchment division for any point in stream networks as user demands. Catchment division can be made using flow direction grid. Flow direction grids are possibly made from data derived from digital elevation model which has resolution dense enough and using flow direction algorithm that has been selected here. In test part of this thesis catchments were determined for test areas using D8- and D Inf -flow direction algorithms and DEMs with resolution 2 m, 10 m and 25 m. The tests showed that the resolution of digital elevation model has large effect in determining catchments. Flow direction algorithm had only little influence at least on the test areas.Tässä diplomityössä tutkittiin, vaikuttavatko korkeusmallin resoluutio sekä virtaussuunta-algoritmi valuma-alueiden määrityksessä paikkatieto-ohjelmiston avulla. Diplomityössä selvitettiin korkeusmallin resoluution ja virtaussuunta-algoritmin vaikutusta valuma-alueiden määrittämiseen testaamalla valuma-alueiden määritystä kolmella testialueella alueesta riippuen kahden tai kolmen eri korkeusmallin ja kahden eri algoritmin avulla. Tutkimuksessa selvitettiin valuma-alueita ja niiden jakoperusteita, valuma-alueiden määritykseen käytettyjen virtaussuunta-algoritmien toimintaperiaatteita ja toteutusta sekä korkeusmalleja. Virtaussuunta-algoritmien toiminnan taustaksi selvitettiin maastoanalyysin käsitteitä tarvittavin osin. Lisäksi työssä käytiin läpi valuma-alueiden määrityksessä käytettyjä ohjelmistoja. Työssä määriteltiin myös edellytykset sellaiselle sovellukselle, jolla voidaan luoda uomaverkostosta vapaasti valittavan pisteen yläpuolinen valuma-aluejako. Valuma-aluejako tehdään virtaussuuntagridiä käyttäen. Virtaussuuntagridit tehdään mahdollisesti diplomityön suositusten mukaisista riittävän tarkan resoluution korkeusmallista saatavasta datasta valinnan mukaisen virtaussuunta-algoritmin avulla. Diplomityön testiosuudessa määritettiin testialueille valuma-alueet käyttäen D8- ja D Inf-virtaussuunta-algoritmeja sekä 2 m, 10 m ja 25 m resoluution korkeusmalleja. Testit osoittivat, että korkeusmallin resoluution tarkentuessa myös valuma-alueiden määritystarkkuus paranee huomattavasti. Virtaussuunta-algoritmin vaikutus oli sen sijaan testialuilla vähäinen

Teuronjoen-Puujoen hydrologiset laskelmat

Selvityksen tarkoituksena on tarkastella Teuronjoen ja Puujoen valuma-alueiden järvien säännöstelyä ja niiden kehittämismahdollisuuksia, ottaen huomioon muuttuva ilmasto ja vesistön nykyiset käyttötarpeet. Keskeisiä kysymyksiä ovat, missä voidaan pidättää vettä ja jos voidaan, niin kuinka paljon. Tavoitteena oli myös tulvan kertymisen mallintaminen sekä virtaamapisteiden ja järvien vedenkorkeuksien ja virtaamien tunnuslukujen määrittäminen. Tarkastelussa otettiin huomioon sekä historiatietoihin perustuva hydrologinen tilanne että ilmastonmuutoksen vaikutus tilanteeseen. Tarkastelualue kattaa Teuronjoen ja Puujoen valuma-alueet. Pääjärvestä vedet virtaavat Teuronjokea ja Mommilanjärven jälkeen Puujokea pitkin Kernaalanjärveen ja edelleen Hiidenjokea pitkin Vanajan Miemalanselälle. Projektissa tarkasteltiin alueen järvien säännöstelyä sekä ilmastonmuutoksen vaikutuksia Vesistömallijärjestelmän hydrologisen mallin avulla. Yksittäisiä tulvatilanteita otettiin tarkempaan tarkasteluun siten, että selvitettiin tulvan kertyminen osa-alueittain. Virtaaman tunnusluvut kaikilta Teuron- ja Puujoen osa-alueilta esitetään taulukoissa. Säännöstelyn vaikutusmahdollisuudet tulvatilanteissa ovat rajalliset. Veden pidätystä voidaan tehdä Sahakosken padon avulla Pääjärvessä sekä Vuonteenkosken padolla Mommilanjärven ja Ansionjärven kokonaisuudessa. Simuloinneilla selvitettiin erityisesti vuoden 2004 kesätulvan nousua ja olisiko tuolloin voitu vaikuttaa Teuronjoen ja Puujoen tulvatilanteisiin. Raportissa on esitetty graafien avulla sekä taulukoissa ilmastonmuutoksen vaikutukset tarkastelualueen järvien ja jokien virtaamiin ja vedenkorkeuksiin. Kuvissa ovat keskiarvot, minimit ja maksimit historiajaksolla 1981 – 2010 sekä ilmastonmuutosjaksoilla 2020 – 2049 ja 2040 – 2069 keskimääräisellä ilmastonmuutosskenaariolla. Järvien keskimääräiset sekä suurimmat kevättulvahuiput tulevat jatkossa aikaistumaan ja pienentymään, ja loppukesän matalimmat vedenkorkeudet tulevat laskemaan. Ilmastonmuutosjaksoilla suurimmat virtaamahuiput ajoittuvat useammin talvikuukausille. Johtopäätöksissä esitetään, että järvien säännöstelypäätöksiä tehtäessä tulee ottaa huomioon vallitseva vesitilanne, lumen vesiarvo ja saatavilla olevat vesistöennusteet ja -varoitukset, joiden perusteella varaudutaan talvi- ja kevättulviin. Säännöstelylupien olisikin hyvä olla mahdollisimman joustavia ja mahdollistaa toiminnan erilaisissa vesitilanteissa. Näin voidaan säännöstelyä toteuttaa siten, että liian matalat ja liian korkeat vedenkorkeudet ja virtaamat eivät lisäänny. Julkaisun saavutettavuus tarkistettu

Climate change adaptation in arable land use, and impact on nitrogen load at catchment scale in northern agriculture

Peer reviewe

Climate change adaptation in arable land use, and impact on nitrogen load at catchment scale in northern agriculture

Prolongation of the growing season due to a warming climate could represent new opportunities for northern agriculture. Climatic and biotic constraints may challenge future crop production. The objective of this study was to speculate how a range of arable land use patterns, resulting from various policy driven choices, could be introduced into a farming system, and how they would affect the risks associated with nutrient leaching. We found that while adaptation to climate change must include consideration of crop choices, there are conflicts associated with allocations and rotations for various market and policy situations. The expected increase in nutrient loading in the simulations caused by climate change was moderate. The increase can partly be compensated for by changes in farmland use, more in the shorter term than in the longer term to mid-century. In the future, adaptation at cropping system level is potentially an efficient way to manage nutrient load risks

Data from: Climate-driven hydrological variability determines inter-annual changes in stream invertebrate community assembly

Although flow regime is one of the major drivers of riverine communities, not much is known about how inter-annual variability and extremes of flow influence community assembly mechanisms. We used data on benthic macroinvertebrates and modelled flow regimes in 23 near-pristine boreal streams to assess how community assembly mechanisms and species occupancy varied in response to inter-annual variability in flow conditions across 11 successive years encompassing extreme (both low and high) flow events. A null model approach was used to test whether deterministic or stochastic processes dominated community assembly and how much regional (among-stream) flow variability contributed to community variability (β-diversity). Mean daily flow and the greatest rate of flow rise were the strongest flow-related descriptors of invertebrate community composition. Communities were differentially assembled depending on the direction of change in flow magnitude: in high-flow years, communities were more similar than expected by chance, while at low flows they tended to be more dissimilar than expected. Beta-diversity of macroinvertebrate communities was related to among-stream flow variability only at high flows. Common species correlated strongly with flow variability and contributed most to variation in β-diversity, suggesting that changes in assembly mechanisms are mainly driven by common species. While homogenization of communities in high-flow years reflected increased species occupancies and environmental sorting, increased turnover during low flows likely resulted from stochastic extinctions and dispersal limitation. Our findings suggest that extreme hydrological events exert a strong control over stream invertebrate community assembly, and their effect may be even more profound in the future as high and low-flow spells are expected to occur more frequently, not allowing time for communities to recover

Data_OIK05329

Bio = Invertebrate species data for each site in each year, Env = site coordinate + hydrological variables (see MS for full name of each variable