Integrate

Klimaeffekter på populasjon og samfunn:
integrering av ulike datakilder i analyser og modeller for økt økologisk innsikt og basis for kunnskapsbasert forvaltning

Klimaet i Norge er i endring, temperaturen har økt, og scenariene for framtiden tilsier at dette vil fortsette. Hvilken betydning har dette for dyre- og plantelivet? Bedre forståelse av økologisk sårbarhet og risiko i relasjon til klimaendringer og andre menneskeskapte påvirkningsfaktorer vil være sentralt for forvaltningen av biologiske ressurser i framtiden. INTEGRATE vil bidra til å utvikle bedre verktøy for å forstå og forutsi denne utviklingen.  

I mange økologiske studier har analysene som har blitt presentert vært basert på et enkelt-datasett, for eksempel utbredelsesdata eller eksperimentelle studier av kort varighet. Nye statistiske modeller som integrerer data fra ulike kilder har den senere tiden blitt foreslått benyttet for å forstå komplekse biologiske fenomen. I tillegg til økt økologisk forståelse gjennom bruk av nye analysemetoder vil INTEGRATE gi grunnlag for å utvikle nye og mer effektive metoder og tilnærminger til miljøovervåking som raskere kan detektere endringer, og årsaken til disse. Et viktig moment vil også være å evaluere effektiviteten av alternative forvaltningstiltak som kan redusere eller hindre negative effekter av klimaendringene. Dette er avgjørende i lys av de varslede klimaendringene. 

Flere rapporter fra forskningsrådet samt krav fra flere internasjonale vitenskapelige tidsskrifter peker i retning av at mer og mer overvåknings- og forskningsdata så vel som programkoder i framtiden vil være åpent tilgjengelig og deles fritt. I INTEGRATE vil vi ta denne utviklingen på alvor, og vil benytte avanserte statistiske modeller til å omsette store åpne datasett til sluttprodukter i form av brukergrensesnitt og web-applikasjoner som er direkte anvendbare for forvaltningen. Vi vil også dokumentere og publisere programkoder, slik at de er lett tilgjengelige for andre forskere og muliggjør reproduksjon av analyseresultatene. 

Formålet med INTEGRATE er altså både å utvikle konkrete biologiske modeller for et sett med case-studier (se under), men også å fokusere på rutiner for reproduserbar forskning, samt å videreutvikle NINAs kompetanse innenfor biodiversitet og statistisk modellering, særlig knyttet til de pågående klimaendringer.   

INTEGRATE er delt inn i seks arbeidspakker:

WP1 Prosjektadministrasjon

WP2: Integrerte populasjonsmodeller i akvatiske systemer

Leder: Geir H. Bolstad

Denne arbeidspakken består av tre deler. De to første utvikler modeller for anadrom laksefisk og den tredje for klimaeffekter på populasjonsdynamikken til ferskvannsorganismer.

Bestandsutvikling hos laksefisk

Forvaltning av laksefisk, og spesielt den atlantiske laksen (Salmo salar), er et høyt prioritert område i miljøforvaltningen. Vi vil i dette prosjektet lage en populasjonsmodell for villaks som har potensiale til å bli et viktig verktøy både i forskning og forvaltning av norske laksebestander. Vi vil modellere bestandsutviklingen på både nasjonalt, regionalt og populasjonsnivå i en og samme modell. Dette gjør at vi kan informere utviklingen på populasjonsnivået med prosesser som foregår på høyere nivåer (e.g. sjøoverlevelse), noe som vil gi sikrere estimater. Denne modellen kan danne grunnlag for å studere effekter av klimavariabler som temperatur, og andre miljøvariabler som forekomst av lakselus og rømt oppdrettslaks. Et naturlig steg to vil være å modifisere denne modellen til sjøørret (Salmo trutta). 

IB-salmon

I tillegg til den statistiske modellen beskrevet over utvikler vi også en individbasert mekanistisk modell  - kalt «IB-salmon». Denne populasjonsmodellen har fokus på ferskvannsfasen hos atlantisk laks og simulerer effekten av vannføring, vanntemperatur og habitatkvalitet på ulike livsstadier hos laks og er basert på all tilgjengelig empiri. IB salmon er romlig eksplisitt modell og tilpasses ei spesifikk elv eller elvestrekning, med data på elveprofil, hydrologi og habitat. Modellen kan benyttes til å modellere fremtidig klimaendring på lakseproduksjon, ved å koble den til klimascenarioer. Modellen valideres opp mot tilgjengelig biologisk data som vekst, størrelse og tetthet for den aktuelle laskebestanden. 

Klimaeffekter på ferskvannsorganismer

Klimaendringene er forventet å ha spesielt stor effekt på ektoterme ferskvannsorganismer, siden disse artene ofte har liten mulighet til å forandre kroppstemperaturen gjennom adferd. Vi vil utvikle en populasjonsdynamisk-modell som integrerer klimakomponenter og deres effekter på viktige livshistorieparametere hos et utvalg av ferskvannsorganismer. Modellene vil bli bygd rundt eksisterende tidsserier med aldersstrukturerte data fra overvåkning gjennomført i mange innlandssjøer i Norge. Disse innlandssjøene forekommer langs gradienten kyst til innland noe som medfører stor variasjon i klima. Modelleringen vil bli fokusert mot arter som er viktige for fritids- og kommersielt fiske eller med rødlistestatus (f.eks. ørret, harr og røye og storsalamander). 

""
Storsalamander. Foto © Børre Dervo/NINA. 


WP3: Integrerte populasjonsmodeller for klima- og sårbarhetsanalyser i terrestrisk systemer

Leder: Erlend B. Nilsen 

I denne arbeidspakken vil vi utvikle integrerte modeller for å undersøke hvordan et utvalgt sett med arter responderer på klimaendringer og annen menneskeskapt påvirkning.

Vi vil jobbe med to sett med modellrammeverk:

Integrerte populasjonsmodeller

Her vil vi benytte integrerte populasjonsmodeller, hvor vi kombinerer detaljerte demografiske data med mer grovkornede overvåkningsdata for å bedre den økologiske innsikten. Modellrammeverket er godt beskrevet i den økologiske litteraturen, men modellene har så langt i liten grad blitt utviklet for arter som er sentrale for norsk naturforvaltning. Vi vil primært ta sikte på å utvikle slike modeller for lirype (Lagopus lagopus) og fjellfiol (Viola biflora). Modellene vil bli bygget rundt eksisterende data fra detaljerte demografiske studier kombinert med tidsseriedata fra utvalgte lokaliteter.  

Innovative metapopulasjonsmodeller

I denne delen vil vi utvikle modeller hvor vi kombinerer utbredelsesdata (som vanligvis benyttes til såkalt «Species Distribution Models» eller «Habitat Suitability Models») og tidsseriedata (som ofte benyttes til klassiske tidsserieanalyser). I denne delen av prosjektet vil vi søke å utvikle nyskapende modeller hvor vi kombinerer disse tilnærmingene i et felles rammeverk, slik at man kan estimere både eksponering og sensitivitet (til f.eks. klimaendringer) simultant. Til denne delen av arbeidet vil vi fokusere på alpine fugler og planter, hvor data er tilgjengelig fra TOV-e, TOV og Hønsefuglportalen, samt forskningsrådsprosjekter som SeedClim og ITEX. Vi vil særlig fokusere på hvordan ulike klimaparametere påvirker artenes utbredelse og antall, og vi vil lage framskrivninger for dette under ulike klimascenarioer. 
 
I tillegg til vi i denne arbeidspakken gjennomføre en innsamling av blod- og avføringsprøver fra ryper skutt under ordinær jakt i ulike områder for å kartlegge forekomsten av antistoffer mot LIV og ulike tarmparasitter i relasjon til en høyde- og breddegradsgradient og i forhold til lokalt klima og vegetasjon. Disse data vil danne grunnlag for inkludering i de integrerte modellene beskrevet over.

""
Hønsefuglportalen (www.honsefugl.no) gir deg oversikt over rypebestanden. Foto © John Atle Kålås/NINA.

WP4: Effekter av klimaendringer på terrestrisk biodiversitet og scenarier for framtiden

Leder: Kari E. Ellingsen

Vi fokuserer på biodiversitet i tid og rom og bruker data fra både plantesamfunn og fuglesamfunn fra både TOV og COAT/UiT. TOV er delt i flere overvåkingsområder fordelt over landet, mens COAT fokuserer på Varanger/Finnmark og Svalbard. Studiedesign i COAT er spesielt utviklet med hensyn til å kunne fange opp effekter av en rekke forvaltningstiltak, som for eksempel hogst (skogforvaltning) eller forvaltning av rein.

Vi bruker flere ulike typer diversitetsmål (f.eks. metoder for å måle beta diversitet) slik at vi mest effektivt kan forklare endringer i biodiversitet i tid og rom. Design kan være helt avgjørende i forhold til hva vi er i stand til å besvare. Vi jobber også med å forstå hva slags studiedesign som er best egnet for å besvare dagsaktuelle biodiversitetsspørsmål, som (i) effekter av klimaendringer og habitatendringer, og (ii) effektive forvaltningstiltak. For å belyse disse forholdene bruker vi data fra både TOV og COAT. Vi er interessert i å forstå hvordan romlig skala påvirker diversitetsmønstre. Likeså er vi interessert i å forstå hvordan variasjon i deteksjon av individer og arter påvirker mønstrene vi observerer, og vi tester hvor effektive nye analyseverktøy «multispecies occupancy models» er til å estimere artsrikhet og beta diversitet (som kan inkorporere prosesser som medfører ufullstendig deteksjon). Vi vil også bygge opp kompetanse på metoder som brukes for å projisere fordeling av arter og biodiversitet.


WP5: Seminarer og kompetanseutveksling

WP-ledere: Geir Bolstad
Co-WP-ledere: Kari E. Ellingsen, Erlend B. Nilsen 

Et strategisk hovedmål i dette prosjektet er å videreutvikle NINAs kompetanse på biodiversitet og modellering av økologiske data, særlig knyttet til de pågående klimaendringer.

Denne arbeidspakken vil bli gjennomført som en seminarserie, hvor statistisk modellering og moderne dataforvaltning blir belyst. For å favne bredere enn bare deltakerne i denne SIS-en vil vi invitere andre NINA-forskere som har interesse for disse tema til å delta, og vi vil benytte denne WP-en til å etablere nærmere samarbeid med andre miljøer med sterke biostatistikk-grupper (f.eks. CBD ved NTNU og UiT Norges Arktiske Universitet).

Vi vil etablere rutiner for lav-kostnad kommunikasjon internt i NINA, og vil i stor grad benytte oss av videoseminarer. I tillegg vil vi arrangere årlige møter i forbindelse med NINA-dagene i Trondheim, og lage en felles internett-basert samarbeidsplattform som skal bli et lavterskel tilbud der ansatte i NINA kan søke og formidle kompetanse.    

WP6: Dataforvaltning og internett-publisering

WP-leder: Roald Vang

I de modellarbeider vi vil gjennomføre ligger også en tett integrering mot dataforvaltning, både i form av programkode og rådata slik at etterprøvbarheten sikres. Videre vil brukervennligheten økes ved innovative interaktive web-løsninger som tilgjengeliggjør både de endelige resultatene og prosessen som ligger bak. NINA har allerede utviklet slike applikasjoner for en del pågående prosjekter (eks. www.reinbase.no, www.honsefugl.no). Utviklingen av selve web-applikasjonene vil i hovedsak skje innenfor de enkelte arbeidspakkene, mens ansvar for koordinering og tilrettelegging for dette ligger til denne arbeidspakken.     

Prosjektinformasjon

Tidsplan: 2016-2019

Budsjett: 2,774 millioner årlig

Case-studier:

  • Populasjonsdynamikk og diversitet i alpine fuglesamfunn
  • Populasjonsdynamikk og diversitet i alpine plantesamfunn
  • Populasjonsdynamikk hos laksefisk
  • Effekter av klimaendringer på ferskvannsorganismer
  • Betydning av sykdom & parasitter for lirypas demografi

Prosjektleder: Erlend B. Nilsen (Terrestrisk avdeling)

Prosjektledergruppe:

  • Geir H. Bolstad (akvatisk avdeling)
  • Kari E. Ellingsen (NINA Tromsø)
  • Roald Vang (IT utvikling)
  • Olav Skarpaas (NINA Oslo)

Prosjektdeltakere:

  • Bjørnar Ytrehus
  • Torkild Tveraa
  • Anders G. Finstad
  • Kim Magnus Bærum
  • Line Sundt-Hansen
  • Eli Kvingedal
  • Ola H. Diserud
  • Richard Hedger
  • Arne J. Jensen
  • Peder Fiske
  • Karl Øystein Gjelland
  • Børre K. Dervo
  • Ditte K. Hendrichsen
  • Jenny Mattisson
  • John Atle Kålås
  • Hans Chr. Pedersen,
  • Marianne Evju
  • Siri L. Olsen
  • Bård Pedersen
  • Nigel G. Yoccoz
  • Audun Stien
  • Jane U. Jepsen
  • Per Arild Aarrestad
  • Erik Framstad
  • Rolf A. Ims
  • Steinar Engen