Dissertationes Forestales

Janne Räty. (2020). Prediction of diameter distributions in boreal forests using remotely sensed data. https://doi.org/10.14214/df.294

Avainsanat: puuston läpimittajakauma; lähimmän naapurin menetelmä; aluepohjainen menetelmä; lentolaserkeilaus; monikanavainen lentolaserkeilaus; yksinpuintulkinta

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsikön puuston läpimittajakaumaa kuvataan usein teoreettisten todennäköisyysjakaumien avulla. Tyypillisesti todennäköisyysjakauman parametrit johdetaan joko ennustetuista tai arvioiduista puustotunnuksista. Kaukokartoitukseen perustuvissa metsäinventoinneissa todennäköisyysjakaumien käyttäminen ei ole kuitenkaan välttämätöntä, koska läpimittajakaumat voidaan ennustaa hyödyntämällä mitattua koeala-aineistoa (puulistat) ja epäparametrista lähimmän naapurin (NN) menetelmää. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena oli tarkastella NN-menetelmään ja kaukokartoitusaineistoihin perustuvaa läpimittajakaumien ennustamista boreaalisissa metsissä. Ensimmäisessä osatutkimuksessa tarkasteltiin NN-menetelmässä käytettyjä vastemuuttujakokoonpanoja, kun läpimittajakaumia ennustetaan puulajikohtaisesti. Toisessa osajulkaisussa hyödynnettiin erilaisia kaukokartoitusaineistoja tukkikokoisten puiden läpimittajakaumien ennustamisessa. Esimerkiksi monikanavaisen sekä kahdenaikaisen lentolaserkeilausaineiston käyttökelpoisuuttaa verrattiin operationaaliseen standardiin, jossa lentolaserkeilausaineistoa ja ilmakuvia hyödynnetään yhdenaikaisesti. Kolmannessa osajulkaisussa tarkasteltiin mahdollisuuksia ennustaa läpimittajakaumia yhdistäen aluepohjaista puustotulkintaa ja yksinpuintulkintaa. Tulokset osoittivat, että NN-menetelmän vastemuuttujakokoonpanolla on merkitystä puulajikohtaisten jakaumaennusteiden hyvyyteen. Tulosten perusteella voidaan todeta, että operationaalisesti käytössä oleva vastemuuttujakokoonpano ei ole optimaalisin vaihtoehto läpimittajakaumia ennustettaessa. Toisen osajulkaisun tulokset osoittivat, että puulajikohtaisten tukkitilavuusennusteiden virheet ovat suurempia, kun käytetään monikanavaista lentolaserkeilausaineistoa perinteisen yksikanavaisen lentolaserkeilausaineiston ja ilmakuvien yhdistelmän asemesta. Sen sijaan, kahdenaikaisen lentolaserkeilausaineiston (lehdettömään ja lehdelliseen aikaan kerätty) avulla tuotetut puulajikohtaiset tukkitilavuusennusteet saavuttivat lähes saman virhetason verrattuna perinteiseen lentolaserkeilausaineiston ja ilmakuvien yhdistelmään. Kolmannen osajulkaisun tulokset osoittivat, että aluepohjaisen puustotulkinnan ja yksinpuintulkinnan yhdistäminen on hyödyllistä puuston läpimittajakaumia ennustettaessa. Inventointimenetelmien yhdistelmällä saavutettiin yleisesti pienemmät virhetasot verrattuna siihen, että hyödynnettäisiin ainoastaan joko aluepohjaista puustotulkintaa tai yksinpuintulkintaa. On syytä huomata, että yksinpuintulkinnan havaittiin olevan aluepohjaista puustotulkintaa herkempi virheille metsäkuvioilla, joissa läpimittajakauma on muodoltaan kaksihuippuinen tai laskeva. Muodoltaan normaalijakaumaa muistuttaville läpimittajakaumille yksinpuintulkinta tuotti usein aluepohjaista puustotulkintaa pienemmät jakaumaennusteiden virheet. Metsärakenteen analyysia tiheäpulssisen lentolaserkeilausaineiston avulla voidaan hyödyntää indikaattorina, joka auttaa valitsemaan optimaalisen menetelmän läpimittajakaumaennusteiden tuottamiseksi.

Räty, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: janne.raty@uef.fi

Qing Xu. (2014). Calibration of the tree size distributions by combining the area-based approach and the individual tree detection using the airborne laser scanning. https://doi.org/10.14214/df.182

Avainsanat: läpimittajakauma; korkeusjakauma; valtapuiden alla oleva puusto; lähimmän naapurin menetelmät; katkaisupisteen tunnistus; rungon tilavuus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Aluepohjaisten ja puutason menetelmien yhdistäminen laserkeilauksella tuotetun puiden kokojakaumien kalibroimiseksi Metsikön puiden tunnistusta (ITD) – on tutkittu laserkeilauspohjaisena metsänarviointimenetelmänä ja sen tyypillinen ongelma on ollut runkoluvun ja tilavuuden aliarviointi, joka pääosin johtuu lentokoneesta tehdyn havainnoinnin vaikeudesta havaita metsikön valtapuiden alla olevaa puustoa. Puutason tunnusten arvioinnin epävarmuudet (esim. pituus, läpimitta, mallitettu tilavuus) lisäävät myös koealatason arvioinnin epätarkkuutta. Tämä väitöskirja selvitti sekä puu- että koealatason aliarviointia ja kehitti sen korjausmenetelmiä. Koealatasolla aliskasvusto ja vallitut puut arvioitiin aluepohjaisella puujoukon arviointimenetelmällä. Puutasolla, puiden läpimitat ennustettiin kvanttaaliperusteisella lähimmän naapurin menetelmällä. Aluepohjaisella (ABA) metsäinventoinnin laserkeilausaineiston hyödyntämismenetelmällä voidaan nykyisin ennustaa suoraan harhattomasti koealatason tilavuustiedot. K-MSN menetelmää käytetään aluetason puustotunnusten ennustuksen operatiivisena perusmenetelmänä. Jos koealoilta on puutason maastomittauksen käytössä, voidaan läpimitan ja pituuden puustotunnusten jakauma ennustaa koealoille K-MSN menetelmällä. Yhdistämällä puittainen tunnistus ja aluepohjainen estimointimenetelmä, voidaan parantaa aluepohjaisen menetelmän tukkipuutilavuuden arvioinnin tarkkuutta ja ennustaa puittaiseen tunnistukseen perustuvan menetelmän vallittujen puiden kokoa kuvaavat tunnukset Puujoukkojen kokojakaumien kalibroinnissa käytettiin jakauman korvaukseen perustuvia ja histogrammin sovitukseen perustuvia menetelmiä. Kalibroinnin jälkeen kokonaistilavuuden suhteellinen keskineliövirhe pieneni 2 % ja harha ei ollut merkittävä. Kvanttaaliperusteinen lähimmän naapurin estimointimenetelmä estimoi puittaisen tarkkuuden aluepohjaista menetelmää vastaavasti. Menetelmä hyödynsi laserpohjaista puun pituutta ja latvuksen läpimittaa ennustuksessa ja paransi erityisesti isojen puiden tilavuuden estimointia.

Xu, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: qing.xu@uef.fi

Petteri Packalén. (2009). Using airborne laser scanning data and digital aerial photographs to estimate growing stock by tree species. https://doi.org/10.14214/df.77

Avainsanat: laserkeilaus; läpimittajakauma; k-MSN; ei-parametrinen estimointi; puulajikohtaiset kuviotunnukset

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Modernit kaukokartoitusmenetelmät ovat nykyisin houkutteleva vaihtoehto maastomittauksille metsän inventoinnissa. Lupaavin kaukokartoitusmenetelmä metsän inventointiin perustuu tällä hetkellä ilma-aluksesta suoritettavaan laserkeilaukseen. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että keskeiset puustotunnukset, kuten keskipituus, pohjapinta-ala ja tilavuus, voidaan ennustaa erittäin tarkasti hyödyntämällä laserkeilausaineistoa. Suurimmassa osassa tutkimuksista on kuitenkin tarkasteltu vain kokonaistunnuksia, mutta Suomessa puulajikohtaiset puustotunnukset ovat usein ensisijainen kiinnostuksen kohde. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena on kehittää ja evaluoida menetelmiä puulajeittaisessa kuviotason inventoinnissa hyödyntämällä kaukokartoitusaineistoja. Tutkimuksessa käytettiin kahta testialuetta jotka molemmat sijaitsevat Itä-Suomessa ja edustavat tyypillistä suomalaista hoidettua boreaalista metsää. Tarkastellut puulajit olivat mänty (Pinus sylvestris L.), kuusi (Picea abies (L.) Karst.) ja lehtipuut yhtenä puulajiryhmänä. Puustotunnusten mallinnus tehtiin koealatasolla. Laserkeilausaineiston ja ilmakuvien yhdenaikainen hyödyntäminen muodostaa työn perustan. Lähtökohta on, että laserkeilausaineisto antaa tietoa puuston määrästä ja että ilmakuvat auttavat erottelemaan eri puulajeja. Ensimmäisessä osatutkimuksessa verrattiin regressiomallinnuksen ja sumean luokittelun yhdistelmää ei-parametriseen lähimpien naapurien hakuun perustuvaan k-MSN-menetelmään puulajikohtaisten tilavuuksien ennustamisessa. k-MSN-menetelmällä saatiin lupaavia tuloksia ja toisessa osatutkimuksessa testiä laajennettiinkin siten, että samanaikaisesti ennustettiin puulajeittain tilavuus, runkoluku, pohjapinta-ala ja pohjapinta-alamediaanipuun läpimitta ja pituus sekä puulajikohtaisten ennusteiden summana kokonaistunnukset. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkasteltiin kaukokartoitusinformaation käyttöä puulajeittaisten läpimittajakaumien ennustamisessa. Menetelmä, jossa lähimpien koealanaapureiden maastossa mitatut puut muodostavat läpimittajakaumat suoraan, toimi paremmin kuin teoreettinen jakaumalähestymistapa Weibull-jakauman parametrien ennustamiseksi k-MSN mallin ennusteilla. Neljännessä osatutkimuksessa esiteltiin uusi menetelmä hyödyntää oikaisemattomia ilmakuvia, joiden sisäinen ja ulkoinen orientointi tunnetaan orto-oikaistujen kuvien sijaan. Uudella menetelmällä voidaan välttää kaksi aikaisemmin käytetyn lähestymistavan ominaispiirrettä: ilmakuvien radiometrinen kalibrointi sekä laserpisteiden ja ilmakuvien epätarkka yhdistäminen. Lähimpien naapurien haku osoittautui tehokkaaksi ja monikäyttöiseksi lähestymistavaksi sekä kokonaistunnusten, puulajikohtaisten tunnusten että läpimittajakauman ennustamisessa käytettäessä lähtötietona laserkeilausaineistoa, ilmakuvia ja maastokoealoja. Tutkimuksessa saavutetut puulajikohtaiset tarkkuudet olivat vähintään yhtä hyviä kuin nykyisin käytetyssä kuvioittaisessa maastoinventoinnissa ja kokonaistunnusten osalta tarkkuus oli jopa parempi.

Packalén, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences Sähköposti: petteri.packalen@joensuu.fi

Sakari Sarkkola. (2006). Stand structural dynamics on pristine and managed boreal peatlands. https://doi.org/10.14214/df.29

Avainsanat: suometsä; turvemaa; ojitusalue; puuston rakenne; metsän sukkessio; puuston läpimittajakauma

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Suot ja suometsät ovat Suomen luonnolle merkittävä ekologinen ominaispiirre. Ojitetut suometsät, joita on maassamme vajaat 5 milj. ha, muodostavat merkittävän puuraaka-aineen varannon. Toisaalta taas luonnontilaisten soiden metsät ovat tärkeitä luonnontilaisenkaltaisten metsien alueita. Suometsien puuston rakenne ja sen pitkäaikainen kehitys ovat kuitenkin olleet huonosti tunnettuja. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää metsien rakenne ja sukkessiodynamiikka toisaalta luonnontilaisten soiden ja toisaalta ojitettujen soiden metsissä. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi miten metsikön sisäiset ja ulkoiset tekijät sekä metsänkäsittely vaikuttavat puuston rakenteeseen ja kehitykseen mänty ja kuusivaltaisissa metsiköissä. Luonnontilaisten suopuustojen tutkimuksessa hyödynnettiin inventointipohjaista metsikkökoeala-aineistoa, kun taas ojitetuista suometsistä oli käytössä pitkäaikaiseen seurantaan perustuva metsikköaikasarja-aineisto. Aineistot kattoivat keskeisimmät turvemaiden kasvupaikkatyypit Suomessa. Metsikön rakennetta ja sukkessiota tutkittiin luonnontilaisten suometsien puustoissa tarkastelemalla läpimitta- ja ikäjakaumien ominaisuuksia ja vertaamalla niitä suhteessa ilmastollisiin alueisiin ja kasvupaikkatyyppeihin. Ojitettujen suometsien puustojen läpimittajakaumat parametrisoitiin ja niitä mallitettiin lineaarista sekamallitekniikkaa hyödyntäen. Tulokset osoittivat, että luonnontilaisilla soilla sekä ilmasto että kasvupaikan ekohydrologiset ominaisuudet ovat hyvin tärkeitä puuston rakennetta muovaavia ja sukkessiota ohjaavia tekijöitä. Ne vaikuttavat merkittävästi metsikön dynamiikkaan vielä suon kuivumisen jälkeenkin huolimatta kuivatuksen aiheuttamasta pintakasvillisuuden muutoksesta sekä puuston lisääntyneestä kasvusta ja järeytymisestä. Runsaspuustoisilla soilla puiden välinen kilpailu on kuitenkin merkittävä puuston kehitystä muovaava tekijä. Luonnontilaisilla soilla puiden ikä- ja kokovaihtelu kasvoivat metsikön iän kasvaessa, mutta tämä suuntaus tasoittui vähitellen metsikön keski-iän ylittäessä 100 vuotta. Ojituksen jälkeen metsikön erikokoisrakenteisuus aluksi äärevöityi lisääntyneen aukkopaikkojen taimettumisen vuoksi. Tämä rakenteen muutos oli suurempaa alkuaan sekatyyppiä edustavilla mäntyvaltaisilla soilla kuin aidoilla puustoisilla kasvupaikoilla. Toisaalta sekatyypin kasvupaikoille oli lisäksi ominaista valtapuuston alle ajanmittaan muodostuva hieskoivu-kuusialikasvos. Puuston kokovaihtelu alkoi kuitenkin pienentyä 20-30 vuoden kuluttua ojituksesta mm. lisääntyneen kilpailun aiheuttaman pienten puiden kuolemisen vuoksi, ja puuston rakenne tasoittui 40-50 vuoden kuluttua ojituksesta. Yli 60 vuotta vanhoilla ojitusalueilla metsien rakenne alkaa puolestaan saada jo vanhojen metsien piirteitä. Suometsät osoittautuivat dynaamisemmiksi puupopulaatioiksi kuin aiemmin on arveltu. Luonnontilaisilla soilla puuston kehityksellä voi olla useita erilaisia suuntia ja metsikön kehityksessä ei voida erottaa selviä kehitysvaiheita. Ojitusalueilla puustot taas kehittyvät yhdenmukaisemmin tasarakenteiseen suuntaan ja niiden sukkessiossa voidaan erottaa vähintään kolme kehitysvaihetta. Harvennukset vaikuttavat vain vähän metsikön kehityksen suuntaan. Tutkimuksessa saatua tietoa voidaan hyödyntää esim. metsäsuunnittelussa ja suometsien metsänhoidollisten menetelmien valinnassa sekä arvioitaessa mm. ilmastonmuutoksen vaikutuksia pohjoisten metsäisten soiden ekosysteemeihin.

Sarkkola, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: sakari.sarkkola@helsinki.fi

Artikkelit jotka sisältää sanan 'läpimittajakauma'

Kategoria : Articles