Impact of fire and frost drought events on vegetation greenness and albedo in Subarctic Scandinavia

Abstract

With climate change, the frequency in climate extremes such as drought, heavy rainfalls, and extreme temperatures is predicted to increase. These extremes can potentially stress and damage vegetation over large areas, leading to altered carbon cycle, vegetation greenness, albedo, and shifted species composition. This study focuses on two different types of extreme events; frost drought caused by winter warming and fires. The first aim was to study how these events affect vegetation greenness and albedo in the Subarctic region of Norway and Sweden. A second aim was to test whether the effects differ between land cover categories. The before-after-impact approach was applied to determine the effect of the events.

When studying all sites, the results show no impact for neither albedo nor vegetation greenness as caused by the fire events. However, when studying the impact for the different land cover categories, the vegetation in the category Mosaic tree shrubs, herbaceous cover shows a decrease in albedo after the fire events. No impact was found for the categories Broadleaved forest and Needleleaved forest. For the frost drought events, an increase in albedo was found when analysing all sites. When studying the different land cover categories, no impact on albedo nor vegetation greenness as caused by the frost drought events was found. This result indicates that the impact of frost drought events on albedo must be further investigated, especially since the effect of frost drought on albedo is poorly documented. Also, this study was focused on the effect of single fire and frost drought events. However, how vegetation will be affected by multiple extreme events of the same and different types interacting with each, as well as increased frequency in extreme events, must be further studied.

Popular Abstract (Swedish)

Extrema klimathändelser såsom torka, skyfall och extrema temperaturer förväntas bli mer frekventa som följd av klimatförändringar. Extrema klimathändelser kan potentiellt stressa och skada vegetation över stora områden och leda till förändring i kolcykel, vegetationsgrönhet, albedo samt ändrad artkomposition. Denna studie fokuserar på två typer av extrema klimathändelser; frystorkning orsakad av extremt varma temperaturer under vintern och bränder. Den första frågeställningen syftar till att undersöka hur dessa extremhändelser påverkar vegetationsgrönhet och den spektrala reflektansen. Den andra frågeställningen syftar till att testa huruvida påverkan varierar mellan olika kategorier av landtäckning: (a) Mosaik träd, buske, örttäcke, (b) Lövskog, (c) Barrskog.

Händelserna av frystorkning och bränderna i denna studie är hämtade från publikationer, kommuner och räddningstjänst. Alla händelser som analyserades inträffade i norska och svenska subarktisk mellan år 2000 och 2020. För att analysera extremhändelserna användes satellitdata från Landsat 5, 7, 8. Studien begränsades till att enbart undersöka variationer under växtsäsongen (1 juli till 31 augusti) för år 2000 och 2020. Albedo och Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) användes för att analysera hur den spektrala reflektansen respektive vegetationsgrönheten påverkades av brand och frystorkning. Det parade t-testet tillämpades för att testa skillnaden i albedo och NDVI före och efter extremhändelserna. Dels testades skillnaden före och efter händelserna för den påverkadeytan och kontrollytan separat, och dels för differensen mellan påverkad yta och kontrollyta.

För analysen av differensen mellan de påverkade ytorna och kontrollytorna, visade resultatet att det inte fanns någon påverkan som följd av brand, varken för albedo eller NDVI. När påverkan för landtäckningskategorierna analyserades visades en påverkan för kategorin Mosaik träd, buske, örttäcke som indikerade en minskning i albedo efter brand. Dock visades ingen påverkan för kategorierna Lövskog eller Barrskog. Gällande frystorkning visades en ökning i albedo när alla provytor analyserades tillsammans. När provytorna analyserades enligt de olika landtäckningstyperna visades ingen påverkan varken för albedo eller NDVI. Detta resultat indikerar att frystorknings påverkan på albedo bör undersökas vidare i framtida studier, speciellt eftersom effekten av frystorkning på just albedo inte är så väl dokumenterad. Därtill, bör fler och mer omfattande studier på både bränder och frystorkning göras framöver, detta på grund av viktiga felkällor orsakade av osäkerheter relaterade till studiens analys och begränsningar i upplösningen av den satellitdata som användes (30 m upplösning). Avslutningsvis, fokuserade denna studie på påverkan orsakad av enstaka bränder och frystorkningshändelser men hur vegetation påverkas av flera händelser av samma, och olika slag, som interagerar, samt av ökad frekvens av extrema klimathändelser bör undersökas vidare i framtida studier.

• author: Backström, Elin
• supervisor: Torbern Tagesson; Rasmus Erlandsson
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• course: NGEM01 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Physical Geography and Ecosystem analysis, Vegetation Greenness, Albedo, Fire, Frost Drought
• publication/series: Student thesis series INES
• report number: 552
• language: English
• additional info: External supervisor: Rasmus Erlandsson; Norsk Institutt for Naturforskning
• id: 9061460
• date added to LUP: 2021-07-09 19:45:56
• date last changed: 2021-07-09 19:45:56