Radarmätning lär oss förstå hur vatten rör sig genom träd och mark

Mycket av det vi vet om det svenska virkesförrådet kommer från fältmätningar och Skogliga grunddata och som grundar sig på återkommande laserskanning av våra skogar.
Men det finns fortfarande mycket vi inte vet. Exempelvis hur vatten rör sig genom träd och mark över tid, en parameter som i hög grad påverkar mätningarna.
När forskarna på SLUs institution för skoglig resurshushållning i Umeå har gjort sitt, kommer vi att ha betydligt mer på fötterna. Vad de gör är att eliminera osäkerheter kring trädens så kallade vattenutbyte. På sikt betyder det att vi får mer träffsäkra, storskaliga skattningar av skogen med hjälp av satellitburen radar.

Tornet de mäter ifrån stod ursprungligen i Remningstorp utanför Skara, men när skogen där drabbades av barkborreangrepp och fick avverkas, upprustades det och flyttades till Svartbergets försökspark utanför Vindeln – ett avrinningsområde som används flitigt för vattenrelaterad forskning hos SLU. Här pågår flera hundra experiment kopplade till skogsforskning.
«Jag skulle säga att det är ett unikt experimentområde för Sverige», säger Henrik.
En av anledningarna till att radartornet hamnade just här är att det då kunde placeras i anslutning till en befintlig ICOS-mast, vilket borgar för god samverkan med forskning som bland annat klimatforskare kopplar till klimatet.
Integrated Carbon Observation System, eller ICOS, är ett globalt nätverk av observationssystem för att studera koldioxid och andra växthusgaser i atmosfären.
Sambandet mellan vatten- och koldioxidutbyte i träd och mark är nämligen en av de saker Henrik och hans team håller ögonen på.
«I dagsläget har vi en ofullständig bild av koldioxidbalansen och utbytet av koldioxid i skogarna, och radar är för närvarande den enda metoden vi känner till för att kontinuerligt och på global nivå mäta biomassan, alltså det bundna kolet.»
«I och med att vi är intresserade av vattenutbytet i trädet och koldioxidutbytet och av att se hur det samspelar, så kan vi jämföra våra mätningar med andra mätningar som görs på samma plats, exempelvis av inkommande ljus och sol och temperatur och andra väderegenskaper», säger han.
«Andra frågeställningar är att se om tall beter sig på samma vis som gran, eller om ett litet träd beter sig på samma sätt som ett stort, äldre träd. Ju mer vi hinner analysera datamängderna, desto bättre förståelse kommer vi att få för hur allmängiltiga de här förhållandena är.»

Vad Henrik & Co studerar är den så kallade evapotranspirationen, det vill säga processen där vatten tas upp av rötterna från jorden och sedan avges som avdunstning och vattenånga genom bladen.
«Vi samarbetar nära med ekologerna här på SLU som kan jättemycket om trädens fysiologi och hur de andas. Hur de fyller på med vatten under natten när det är lägre temperatur, och så dagtid när det börjar bli varmt, då kan man säga att trädet andas, eller svettas ut det här vattnet.»
Radarsignalen registrerar hur vatteninnehållet i träd, men också i marken, förändras rent fysiologiskt över tid, dels med temperaturväxlingar, under torka och kylperioder, men också före och efter regn och andra väderhändelser.
«Vi mäter både vattenflödet genom stammen och vattenutbytet i grenarna. Vi mäter också vatteninnehåll, vattenutbyte och fuktighet i marken. Så ser vi hur det varierar både dag och natt och under hela året. Sen kopplar vi ihop det med temperatur, nederbörd, vind och såna saker.»

En speciell finess med anläggningen i Svartberget är att antennen högst upp i tornet är rörlig i sidled.
«Om man kollar längst upp så ser man att det är lite bredare. Hela toppdelen av tornet är flyttbart, det rör sig från sida till sida, totalt sett fyra meters förflyttning. Med hjälp av det kan vi skapa en avbildning i tre dimensioner med radarn. Vi kan alltså slica upp vartenda träd på vilken höjd som helst, och vilket träd vi vill inom det här området som vi kollar.»
Mätningarna sker som sagt var femte minut, dygnet runt, året om.
«I och med att vi får mätningar hela tiden kan vi se hur värdena varierar. Sedan jämför vi det med mätningar direkt ifrån marken och från andra sensorer.»
Henrik nämner stamflödessensorer, som visar hur vattenflödet genom stammen varierar dag och natt, och dendrometrar, som fästs runt trädet och kontinuerligt registrerar förändringar i stammens omkrets genom att mäta expansion och kontraktion.
Från början var tanken att enbart mäta från tornet, men längs vägen har möjligheten att komplettera med mätningar från en radarförsedd drönare dykt upp.
«Det är ett sätt att komma längre bort och kunna tillämpa principerna av det vi lär oss vid tornet också på andra skogs- och markförhållanden», säger Henrik och berättar att den första drönar­kampanjen utfördes i samarbete med forskare från Brasilien och Tyskland.

Radarmätningarna i Svartberget är unika även i andra avseenden.
Framför allt är det i dagsläget enda platsen i världen man gör sådana här mätningar för boreal skog, det vill säga barrskogar i arktiska eller subarktiska områden (dit norra Skandinavien hör), som kännetecknas av långa, kalla vintrar och korta, svala somrar.
Huruvida resultaten kommer att kunna tillämpas på all boreal skog är för tidigt att säga.
«Vi tror att sambanden och principerna kommer att gälla för all boreal skog, ja, mer eller mindre för all vegetation. Men storleksordningen, att kvantifiera hur mycket, är jättesvårt att göra. Vi är försiktiga med att säga att det här funkar i Ryssland eller Kanada. Men principiellt är det nog ändå samma förhållanden som gäller.»
I förlängningen är tanken att föra över idén så att resultaten kan tillämpas direkt på satellitbilder.
«Det är när man skalar upp som man börjar få de verkliga fördelarna. Det har inte funnits tidigare. Vi har inte riktigt vetat fullt ut hur de här processerna och interaktionerna fungerar. Det är det som är så spännande nu, att vi börjar få mycket mer kunskap om det.»

Än så länge är studien i sin linda. Många bitar ska falla på plats. Något som sinkat projektet ett antal månader har varit ansökan om uppehållstillstånd för den indiska doktoranden Shivam Rawat, vars lön finansieras av stiftelsen. När den processen äntligen gick i lås i februari 2024 kunde projektet ta fart på allvar.
Vad Henrik dittills kunde göra var att förbereda för första omgången markmätningar och ytterligare drönarmätningar.
«Vi har tillsatt ytterligare markfuktighetssensorer. Vi har satt fuktsensorer på träden. Vi kommer lägga till markradarmätningar. Så utöver själva radarn från tornet kommer vi mäta direkt på marken för att se ner i marken.»
«Tornet är framför allt tänkt att det ska mäta ovan mark, men genom att placera en radar närmare marken så kommer vi även kunna se en bit in och ner i marken som jämförelse. Det är något vi jobbat på med under hösten och vintern.»
Chalmers har varit och är fortfarande en central samarbetspartner. Under väntetiden har kollegorna där jobbat med processningen av data.
Även om vi har gjort en hel del redan så finns det jättemycket öppna frågor som behöver kvantifieras, sammanfattas vetenskapligt.
«Ja, vi har lite att ta ikapp.», konstaterar Henrik.