Μελλοντικό σενάριο 3: Καμία διαταραχή
Μοντέλα δασικής διαδοχής
Για την πρόβλεψη της μελλοντικής πορείας διαδοχής που θα ακολουθήσει το δάσος της περιοχής, όπως και για την αποκατάσταση των ενδιάμεσων στιγμών του παρελθόντος, το έργο αξιοποίηση ένα μοντέλο δασικής διαδοχής της οικογένειας Landis.
Το LANDIS PRO είναι ένα σχετικά νέο μοντέλο, το οποίο βασίζεται σε πάνω από μια δεκαετία ανάπτυξης και δοκιμών του αρχικού μοντέλου LANDIS. Το LANDIS-PRO προσομοιώνει τη δυναμική της διαδοχής των δασών, της διασποράς των σπόρων, του ανέμου, της πυρκαγιάς, της βιολογικής διαταραχής (έντομα και ασθένειες), της συγκομιδής, της συσσώρευσης και αποσύνθεσης καυσίμων και της διαχείρισης καυσίμων. Διαφέρει από τις προηγούμενες εκδόσεις των μοντέλων LANDIS, καθώς το LANDIS PRO παρακολουθεί τον αριθμό των δένδρων ανά ηλικιακές ταξεις και, κατά συνέπεια, ενσωματώνει πληροφορίες πυκνότητας και μεγέθους και διαδικασίες τάξη της συστάδας σε κάθε κελί. Η προσομοίωση ικανότητα του LANDIS PRO να προσομοιώνει, καθιστά δυνατή την πρόβλεψη της αλλαγής του δάσους για μια μεγάλη δασική περιοχή υπό διάφορα εναλλακτικά σενάρια κλίματος.
Για κάθε δασικό είδος που πρόκειται να μοντελοποιηθεί στο πρόγραμμα LANDIS χρησιμοποιούνται παράμετροι όπως είναι η µακροζωία (longevity), η ηλικία της αναπαραγωγής (age of sexual maturity), η αντοχή στη σκιά (shade tolerance class), η αποτελεσματική και μέγιστη απόσταση διασποράς σπόρων (effective and maximum seed dispersal, η πιθανότητα βλαστικής αναπαραγωγής (probability of resprouting), η ελάχιστη και μέγιστη ηλικία βλαστικής αναπαραγωγής (minimum and maximum age of vegetative reproduction), καθώς και για η ικανότητα αναπαραγωγής μετά τη φωτιά (post-fire regeneration). Η μακροζωία και η ωριμότητα ορίζονται σε έτη, η αντοχή στη σκιά και πυρκαγιά βαθμολογούνται σε μια κλίμακα από ένα έως πέντε.
Η πιθανότητα διασποράς ακολουθεί αρνητική εκθετική καμπύλη με το μεγαλύτερο μέρος της κατανομής να εμπίπτει στην πραγματική απόσταση. Μόλις υπολογιστεί η ανάπτυξη και η διασπορά σπόρων, το μοντέλο υπολογίζει τον αυξανόμενο χώρο που καταλαμβάνεται (GSO), ή το τρέχον ποσοστό της τοποθεσίας που καλύπτεται από δέντρα. Η τιμή για την GSO μετρά τον τρέχοντα αυξανόμενο χώρο για τα είδη. Το μέγιστο GSO μπορεί να υπερβεί το 1,0 όταν υπάρχουν πολλαπλές κάθετες δομές θόλων στην περιοχή. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο αριθμός των δυνητικών σποροφύτων (NPES) για την τοποθεσία. Αυτό λαμβάνει υπόψη το GSO για την περιοχή, καθώς και τον αριθμό των σπόρων που φθάνουν στην περιοχή κατά τη διάρκεια του χρονικού βήματος. Ο αριθμός των δυνητικών σποροφύτων πολλαπλασιάζεται επί τον συντελεστή εγκατάστασης του είδους αυτού επί του τρέχοντος τύπου γης που καθορίζεται στο αρχείο χαρακτηριστικών του τύπου γης. Αυτό καθορίζει τον αριθμό των σποροφύτων για κάθε είδος που εγκαθίσταται επιτυχώς στην περιοχή.
Η θνησιμότητα που προκαλείται από τη μακροζωία προσομοιώνει τη θνησιμότητα των ειδών όταν ένα άτομο φθάνει στη μέγιστη μακροζωία που ορίζεται από το χρήστη. Η θνησιμότητα που προκαλείται από την αυτοαραίωση προσομοιώνει τη θνησιμότητα των ειδών που προκαλείται από τον ανταγωνισμό μεταξύ και εντός των ειδών για τους πόρους(π.χ. φως και θρεπτικά συστατικά), γεγονός που συνήθως οδηγεί σε υψηλό ποσοστό θνησιμότητας για τα νεότερα δέντρα. Η τυχαία θνησιμότητα ελέγχεται από μια συνάρτηση πιθανότητας με βάση την ηλικία ενός δέντρου και τη συνολική βασική περιοχή του τόπου.
Ο χρήστης μπορεί να παρέχει προεπιλεγμένες πιθανότητες της θνησιμότητας για κάθε είδος σε ένα χρονικό διάστημα ίσο με το χρονοδιάγραμμα του μοντέλου. Μόλις υπολογιστούν όλοι οι παράγοντες, το LANDIS παράγει μια σειρά χαρτών GIS για κάθε χρονικό βήμα που δείχνουν τον αριθμό των δέντρων, την κυκλική επιφάνεια και τις ηλικίες για κάθε pixel.
Εφαρμογή του μοντέλου LANDIS PRO στο παρόν έργο
Στο LANDIS PRO το υπό προσομοίωση τοπίο αναπαρίσταται ως ένα δισδιάστατο πλέγμα από ίσου μεγέθους κελιά. Κάθε κελί μπορεί να οριστεί ως Ενεργό και Μη Ενεργό.
Σε κάθε κελί ορίζεται η παρουσία ενός ή περισσοτέρων ειδών κατά την χρονική στιγμή 0 της προσομοίωσης. Κατά αυτόν τον τρόπο, το τοπίο χωρίζεται ουσιαστικά σε συγκεκριμένους Τύπους Βλάστησης (Landtypes), με διαφορετική σύσταση ειδών, διαφορετική εδαφοκάλυψη, επικυριαρχία ειδών κλπ. Κάθε ένα είδος, σε κάθε έναν Τύπο Βλάστησης αναλύεται σε ηλικιακές κλάσεις με ορισμένο χρονικό εύρος. Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης, τα είδη αλληλεπιδρούν, διασπείρονται, εξαπλώνονται και πεθαίνουν με βάση τα χαρακτηριστικά ιστορίας ζωής τους, τα οποία αποτελούν επίσης εισαγόμενο του μοντέλου.
Η κατανομή των παραπάνω δημογραφικών γεγονότων στον χώρο και τον χρόνο καθώς και, ως έναν βαθμό, οι σχέσεις ανάμεσα στα διαφορετικά είδη της εκάστοτε προσομοίωσης, καθορίζονται από έναν επιπλέον διαχωρισμό του τοπίου με βάση τα οικολογικά του χαρακτηριστικά. Πιο συγκεκριμένα, με βάση τη μορφολογία του εδάφους (κλίσεις, υψόμετρο κτλ.) ή/και τα κλιματικά στοιχεία (θερμοκρασίες, υγρασία κ.α.) ή/και άλλα χαρακτηριστικά του τοπίου (εδαφολογικά κλπ.), κατασκευάζεται χάρτης τύπου καταλληλότητας ενδιαιτήματος (Habitat suitability map) για κάθε είδος, χωρίζοντας το τοπίο σε διαφορετικούς τύπους ενδιαιτημάτων (βλ. παρακάτω Παράγραφο «Χάρτης καταλληλότητας ενδιαιτήματος»). Ο χάρτης αυτός, περιγράφει τον βαθμό κατά τον οποίο ορισμένες περιοχές του τοπίου είναι κατάλληλες ώστε να φιλοξενήσουν κάθε είδος, αλλά και βασικά χαρακτηριστικά κάθε ενδιαιτήματος που σχετίζονται με την πιθανότητα βλάστησης των διαφορετικών ειδών σε σχέση με τη εδαφοκάλυψη.
Στο πλαίσιο του έργου, μετά από πολλές δοκιμές, η περιοχή χωρίστηκε σε 70 ενδιαιτήματα με βάση τα κυριότερα, όπως προέκυψαν από την έρευνα, οικολογικά χαρακτηριστικά, δηλαδή το υψόμετρο, την έκθεση και την κλίση. Σε κάθε ενδιαίτημα, υπολογίστηκε η πιθανότητα βλάστησης του κάθε είδους, με βάση την ιστορία της βλάστησης, δηλαδή την παρουσία του είδους την περίοδο 1945-2015.
Αρχική Βλάστηση
Ως αφετηρία για όλες τις μελλοντικές προβολές του μοντέλου, τέθηκε το έτος 2015. Σημειώνεται ότι η διαδικασία για την παραμετροποίηση της αρχικής βλάστησης περιγράφεται αναλυτικά στο Παραδοτέο 13, όπου ως σημείο αφετηρίας τέθηκε το έτος 1945. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε και για την παραμετροποίηση της βλάστησης του 2015 και παρατίθεται συνοπτικά στο πλαίσιο του συγκεκριμένου Παραδοτέου, για λόγους συνοχής.
Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του Landis, η περιοχή αναφοράς χωρίζεται σε κατηγορίες και σε κάθε κατηγορία προσδιορίζεται για το κάθε είδος ο αριθμός ατόμων ανά ηλικιακή κλάση, η οποία ταυτίζεται με το χρονικό βήμα που έχει τεθεί στη λειτουργία του μοντέλου (εδώ 10 χρόνια).
Η βασική πηγή γεωαναφερμένων πληροφοριών που έχουμε για τη βλάστηση της περιοχής, είναι τα αποτελέσματα τη φωτοερμηνείας, τα οποία αξιολογήθηκαν, συμπληρώθηκαν και διορθώθηκαν με τα δεδομένα από τις Δοκιμαστικές Επιφάνειες και την επιτόπια έρευνα. Τα δεδομένα αυτά είναι άμεσα διαθέσιμα με τη μορφή των πολυγώνων, όπου στις 3 διαδοχικές στιγμές (1945, 1970, 2015) καταγράφεται:
- Το είδος της βλάστησης, με βάση τα δύο κυρίαρχα είδη
- Ο βαθμός κυριαρχίας του πιο άφθονού είδους σε 3 τιμές: 25%, 50%, 75% (το 2015 μέσω της φωτοερμηνείας, το 1945 και το 1970 με έμμεσους υπολογισμούς, με βάση την αναμενόμενη αντίστροφη πορεία διαδοχής).
- Ο συνολικός βαθμός δασοκάλυψης σε 5 τιμές: 20%, 40%, 60%, 80%, 100%.
- Βαθμός ωριμότητας των περισσοτέρων ατόμων σε κάθε πολύγωνο, σε 2 τιμές: νεαρά, ώριμα.
Ειδικά για το έτος 2015, το οποίο τέθηκε ως αφετηρία για τα μελλοντικά σενάρια, η αξιοπιστία των δεδομένων που προέρχονται από την φωτοερμηνεία είναι ικανοποιητική, αφού η φωτοερμηνεία έγινε με βάση σύγχρονες, έγχρωμες δορυφορικές εικόνες επαρκούς ανάλυσης (βλ. αναλυτικά Παραδοτέο 4 για τη διαδικασία της φωτοερμηνείας και τα αποτελέσματά της).
Καταλληλότητα ενδιαιτήματος
Στο πλαίσιο του μοντέλου Landis, η κατανομή των δημογραφικών γεγονότων στον χώρο και τον χρόνο καθώς και, ως έναν βαθμό, οι σχέσεις ανάμεσα στα διαφορετικά είδη της εκάστοτε προσομοίωσης, καθορίζονται από έναν επιπλέον διαχωρισμό του τοπίου με βάση τα οικολογικά του χαρακτηριστικά. Πιο συγκεκριμένα, με βάση τη μορφολογία του εδάφους (κλίσεις, υψόμετρο κτλ.) ή/και τα κλιματικά στοιχεία (θερμοκρασίες, υγρασία κ.α.) ή/και άλλα χαρακτηριστικά του τοπίου (εδαφολογικά κλπ.), κατασκευάζεται χάρτης τύπου καταλληλότητας ενδιαιτήματος (Habitat suitability map) για κάθε είδος, χωρίζοντας το τοπίο σε διαφορετικούς τύπους ενδιαιτημάτων. Ο χάρτης αυτός, ο οποίος είναι τύπου raster, περιγράφει τον βαθμό κατά τον οποίο ορισμένες περιοχές του τοπίου είναι κατάλληλες ώστε να φιλοξενήσουν κάθε είδος, αλλά και βασικά χαρακτηριστικά κάθε ενδιαιτήματος που σχετίζονται με την πιθανότητα βλάστησης των διαφορετικών ειδών σε σχέση με τη εδαφοκάλυψη.
Ο χάρτης καταλληλότητας ενδιαιτημάτων και το συνοδό αρχείο περιγραφής των βασικών οικολογικών χαρακτηριστικών του τοπίου, επηρεάζουν καθοριστικά την ικανότητα πρόβλεψης του οικολογικού μοντέλου, όσον αφορά την πορεία της διαδοχής και την σύσταση του τοπίου σε είδη κατά ορισμένη χρονική στιγμή.
Στη βασική λογική του μοντέλου, η καταλληλότητα του κάθε ενδιαιτήματος για το κάθε είδος και κατ’ επέκταση οι πιθανότητες βλάστησης του κάθε είδους σε αυτό, διαμορφώνονται από τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά της έκτασης στην οποία αναφέρεται. Στο παραδοτέο 7 (Κεφ. 4) έγινε μια προσπάθεια συσχέτισης της βλάστησης, με βάση τις σχετικές αφθονίες των 4 κύριων δασικών ειδών, με βασικές περιβαλλοντικές παραμέτρους, ώστε να περιγραφεί η οικοθέση κάθε είδους. Η προσπάθεια αυτή κατέληξε σε μια σαφή συσχέτηση της σχετικής αφθονίας με το υψόμετρο και την έκθεση. Έτσι, η περιοχή διαχωρίστηκε σε οικοθέσεις, ανάλογα με αυτές τις δύο παραμέτρους. Στις οικοθέσεις αυτές προστέθηκαν οι μη ενεργές περιοχές, οι λιθώνες και οι παραποτάμιες εκτάσεις, όπου τα χαρακτηριστικά του ενδιαιτήματος καθορίζονται από άλλους παράγοντες, πέρα από το υψόμετρο και την έκθεση. Προέκυψαν τελικά 42 διακριτές οικοθέσεις.
Σε κάθε μία από τις οικοθέσεις αυτές, υπολογίσαμε τη σχετική αφθονία του κάθε είδους στην κάθε οικοθέση, ως ένα μέτρο της πραγματοποιημένης οικοθέσης του κάθε είδους, εντός της αντίστοιχης απόλυτης οικοθέσης. Η σχετική αφθονία, ή το μέγεθος της πραγματοποιημένης οικοθέσης, αντιστοιχεί στην πιθανότητα να αναπτυχθεί το κάθε είδος εντός της κάθε απόλυτης οικοθέσης.
Με την παραπάνω διαδικασία, και με τις παραπάνω παραδοχές, διακρίθηκε η περιοχή σε οικοθέσεις και παραμετροποιήθηκε η οικολογική καταλληλότητα της κάθε οικοθέσης, με βάση τη σχετική αφθονία του κάθε είδους, ως η πιθανότητα να αναπτυχθεί το κάθε είδος σε κάθε οικοθέση. Στις οικοθέσεις αυτές ωστόσο δεν μπορούν να συμπεριληφθούν κάποιες ιδιαίτερες θέσεις, όπου αναπτύσσονται συγκεκριμένες συνθέσεις βλάστησης:
- Λιθώνες
- Παραποτάμια βλάστηση
- Ορεινοί θαμνώνες
- Μη ενεργές θέσεις
Η παραπάνω παραμετροποίηση περιγράφεται αναλυτικά στο Παραδοτέο 13 και αξιοποιήθηκε για το τρέξιμο του μοντέλου στο διάστημα 1945-2015. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, αυτές οι δοκιμές επικύρωσαν την καταλληλότητα των ρυθμίσεων.
Μελλοντικά σενάρια
Η συνολική παραμετροποίηση του Landis έγινε με τέτοιο τρόπο, ώστε με αρχική κατάσταση την δοσμένη βλάστηση του 1945, να μπορεί να προβλέπει με την μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια την επίσης γνωστή βλάστηση του 2015. Αυτός ήταν και ο κύριος ερευνητικός σκοπός του έργου, αφού έτσι μπορέσαμε να ανακτήσουμε μια εκτίμηση για τη βλάστηση σε όλες τις ενδιάμεσες στιγμές και κατ' επέκταση να την αναπαραστήσουμε με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια.
Με αυτή τη διαδικασία όμως, εξασφαλίστηκε παράλληλα μια σωστή ρύθμιση του μοντέλου, με βάση τις υφιστάμενες γενικές οικολογικές συνθήκες, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί για αξιόπιστες μελλοντικές προβλέψεις. Έτσι, το ίδιο ρυθμισμένο μοντέλο έτρεξε για τρία εναλλακτικά μελλοντικά σενάρια:
- "Κανονικότητα":
- "Κλιματική αλλαγή": ομοίως με παραπάνω, συν μια αλλαγή στις κλιματικές συνθήκες
- "Καμία διαταραχή": η δασική διαδοχή συνεχίζεται αδιατάρρακτη
Σενάριο 3 "Καμία διαταραχή"
Υπόθεση εργασίας: η πορεία δασικής διαδοχής συνεχίζεται αδιατάρρακτη, με βάση τα σημερινά οικολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής και τα σημερινά βιολογικά χαρακτηριστικά των δασικών ειδών. Δεν υπάρχει καμία παρέμβαση του ανθρώπου (υλοτομία, βόσκηση κα).