JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Lumi on merkittävässä osassa hydrologiaan ja ilmastoon liittyvissä prosesseissa. Muuttuvan ilmaston myötä on entistä tärkeämpää tunnistaa lumen käyttäytymistä ja ominaisuuksia, jotta voidaan laatia entistä tarkempia hydrologiaan sekä ilmastoon liittyviä ennusteita.

Lumen syvyyttä ja vesiarvoa on mitattu Suomessa lumilinjojen avulla 1940-luvulta saakka. 1990-luvun lopulla on suoritettu Suomen ensimmäiset laserkeilaukset pääasiassa korkeusmallin tuottamiseen ja metsäsovelluksiin. Laserkeilaus tuottaa ns. pistepilven, joka kuvaa kolmiulotteisesti maanpinnan muotoja ja sen päällä olevia kohteita kuten puustoa. Tämän työn tarkoituksena oli laskea lumilinjojen alueelle laserkeilaukseen perustuva puuston latvuspeittävyyden arvo. Lumilinjojen lumimittauspisteille laskettua latvuspeittävyyden arvoa hyödynnettiin tutkittaessa puuston latvuspeittävyyden vaikutusta latvuspidätykseen eli latvusinterseptioon kuusi-, mänty- ja lehtivaltaisissa metsissä. Lisäksi tutkittiin, onko latvuspeittävyydellä vaikutusta lumen vesiarvoon eli lumikuormaan. Tutkimuksessa oli mukana yhdeksän lumilinjaa, joista eteläisin lumilinja sijaitsi Multialla ja pohjoisin lumilinja sijaitsi Kittilän Puljussa.

Laserkeilauksen tuottaman pistepilven avulla määritettiin lumilinjojen alueelle puuston latvuspeittävyyden arvo. Latvuspeittävyyden arvo määritettiin kaikkien yli 2 metrin korkeudella olevien laserpisteiden osuutena yleisesti Suomen metsien inventoinnissa käytetyssä hilaruudukossa 16 m * 16 m. Tämä suhdeluku muodosti jokaiselle hilaruutuyksikölle oman latvuspeittävyyden arvon. Latvuspidätys sekä lumen vesiarvo määritettiin laserkeilauksen ajankohdan lähelle osuvien talvien maksimilumitilanteen mukaan vertaamalla avoimen alueen lumen määrää suhteessa puuston peittämien alueiden lumimääriin.

Tutkimuksen tuloksista voidaan todeta, että puuston latvuspeittävyyden kasvaessa kasvaa myös puuston latvusinterseptio eli latvuspidätys, ja latvuspidätys on aavistuksen voimakkaampaa eteläisessä Suomessa verrattuna pohjoiseen Suomeen. Latvuspidätys on voimakkainta kuusivaltaisissa metsissä ja toiseksi voimakkainta mäntyvaltaisissa metsissä. Vähäisintä latvuspidätys on lehtipuuvaltaisissa metsissä. Lumen vesiarvo maanpinnalla vähenee oletetusti latvuspeittävyyden kasvaessa.

Tutkimuksen tulosten myötä voidaan todeta puuston latvuspeittävyyden ja metsätyypin vaikuttavan puuston kykyyn siepata lunta. Kuusivaltaisen metsän sieppauskyky on huomattavasti suurempi kuin mäntyvaltaisen metsän ja mäntyvaltaisen metsän suurempi kuin lehtipuuvaltaisen metsän. Puuston latvuspeittävyydellä, latvuspidätyksellä sekä metsätyypillä on suuri vaikutus lumen jakaumaan ja siten veden hydrologiseen kiertoon. Lumi on tärkeä osa hydrologiaa ja tutkimuksen tulosten myötä suositan ottamaan huomioon puuston latvuspeittävyyden, latvuspidätyksen ja metsätyypin kaltaiset tiedot esimerkiksi tulvamallinnuksissa. Tutkimus toimii hyvänä pohjana laajemmille tutkimuksille isommalla otannalla. Laajemman otannan lisäksi tulevissa tutkimuksissa voitaisiin hyödyntää kattavammin laserkeilausaineistojen tarjoamaa dataa luomalla tarkemmat mallit latvustosta (mm. korkeus ja latvuspeittävyys) ja tutkimalla näiden ominaisuuksien vaikutusta yhdessä ja erikseen puuston kykyyn siepata lunta.

The forest canopy cover determined by laser scanning and its affect on interception and snow water equivalent

Abstract

Snow has a significant role in processes related to hydrology and climate. Because the climate is changing, it is even more important to identify snow’s behaviour and qualities in order to make more accurate forecasts regarding hydrology and climate.

The depth and water equivalent of snow have been measured in Finland using snow lines since the 1940s, and the first airborne laser scannings were performed in the 1990s for production of surface model. Laser scanning produces a so called point cloud, which three dimensionally represents topography and objects above ground, i.e. forests. The purpose of this thesis was to calculate forest canopy cover in the snow line areas based on laser scanning data. The forest canopy cover calculated for the measuring points in the snow lines was used when studying the affect of canopy cover to interception in spruce, pine and deciduous forests. The aim was also study whether canopy cover affects snow water equivalent. Nine snow lines were included in this study, from which the southernmost is located in Multia and the northernmost in Pulju, Kittilä.

Laser scanning point cloud was used to determine the forest canopy cover for the snow line areas. Only laser points 2 meters above ground in the 16 m * 16 m grid square were included when calculating the canopy cover. This ratio constructed individual canopy cover for every grid square. In addition to laser scanning date, four winters in total were taken into account when determining forest canopy cover and snow water equivalent. This was done by comparing snow depth in open areas with forest areas.

These results show that interception increases with forest canopy cover. Also interception is slightly greater in Southern Finland than in Northern Finland. Interception values are highest in spruce forests, and lowest in deciduous forests. Snow water equivalent in the ground decreases when forest canopy cover increases.

This study demonstrates that forest canopy cover and forest type affect the interception. Interception values are much higher in spruce forests than in deciduous forests. The forest canopy cover, interception and forest type have a significant impact on snow distribution and hydrology. Since snow is an important part of hydrology and based on the results of this thesis, forest canopy cover, interception and forest type should be taken into account i.e. in flood models. This study creates a good basis for future studies with larger sampling. The laser scanning data could be used more widely to create more accurate canopy models and explore how these qualities affect interception.