Sinking Islands in the Sky: Projecting the future distributions of Ranunculus glacialis, Poa flexuosa and Trisetum spicatum in Jotunheimen, Norway under climate change

Abstract

Introduction Changes in species distributional range as a response to climate change is well documented. The changes are substantial along elevational gradients, and the general trend is that the warming has caused an upward elevational shift for several alpine plants. The aim with this study is to project changes in (1) suitable habitat, (2) elevational range (3) and the level of habitat fragmentation for Ranunculus glacialis, Poa flexuosa and Trisetum spicatum under two different climate change scenarios in Jotunheimen.

Method Species presence records and five pre-selected predictors, selected from a set of topographic and climatic variables, were used to model the species distributions. Projections for the year 2070 under climate change scenarios RCP4.5 and RCP8.5 were derived from the models of the current distributions using the Maxent software. Changes in suitable habitat were analyzed using ArcGIS.

Results All species were projected to lose suitable habitat with an average reduction of 70 % under RCP8.5 and 48 % under RCP4.5. All species were projected to disappear from their lowest elevations, and the average elevational range contraction for the species was 524 m under RCP8.5 and 243 m under RCP4.5. The level of habitat fragmentation was projected to increase with an average increase in patch number of 72 % and 67 %, and an average reduction in patch size of 82 % and 65 %, under RCP8.5 and RCP4.5 respectively.

Discussion All model results have a good or fair predictive performance measured by their AUC values. A sampling bias correction was done using locations of species from the same genus as the focal species (target group) as background points. There was large differences in the future projections between the models with no sampling bias correction and the models with correction. As the corrected models might “over” correct due to a narrow environmental range from which background was drawn, the truth would lie somewhere in between. The precipitation variable contributed the most to all models suggesting that precipitation is more influential than temperature on the species distributions within the study area.

Conclusion These results was produced to gain knowledge on the expected vegetation changes in an alpine ecosystem of national interest. The projections show that all species will lose suitable habitat supporting previous findings that alpine habitats are particularly vulnerable to climate change.

Sammendrag på norsk Introduksjon Endringer i arters utbredelse som en respons på klimaendringer er vel dokumentert. Endringene er betydelige langs høydegradienter, og den observerte trenden er at oppvarmingen har forårsaket en forskyvning oppover i høyden for flere alpine planter. Målet med dette studiet er å finne endringene i (1) egnet habitat, (2) høydegradienten (3) og nivået av habitatfragmentering for Ranunculus glacialis, Poa flexuosa og Trisetum spicatum under to forskjellige utslippsscenarioer i Jotunheimen.

Metode Artsobservasjonsdata og fem forhåndsvalgte prediktorer, valgt fra et sett med topografiske og klimatiske variabler, ble brukt til å predikere artenes utbredelse. Projeksjoner for år 2070 under utslippsscenarioene RCP4.5 og RCP8.5 ble utarbeidet med utgangspunkt i modellene av den nåværende utbredelsen ved hjelp av programvaren Maxent. Endringer i egnet habitat ble analysert ved hjelp av programvaren ArcGIS.

Resultat

Alle artene ble projisert til å miste egent habitat med en gjennomsnittlig reduksjon på 70 % under RCP8.5 og 48 % under RCP4.5. Alle artene ble projisert til å forsvinne fra deres lavest liggende områder, og den gjennomsnittlige sammentrekningen av høydegradienten for artene var på 524 under RCP8.5 og 243 under RCP4.5. Nivået av habitat fragmentering er projisert til å øke med en gjennomsnittlig økning i antal separate habitater på 72 % og 67 % og en gjennomsnittlig reduksjon i habitat størrelse på 82 % og 65 % henholdsvis under RCP8.5 og RCP4.5.

Diskusjon Alle modell resultatene har god eller akseptabel prediksjonsverdi målt ut ifra deres AUC verdier. En korreksjon for eventuelt partisk artsdata påvirket av tilgjengelighet, ble gjennomført ved å bruke arter fra samme slekt som fokus artene som bakgrunn. Det var stor forskjell mellom modellene med denne korreksjonen og de uten korreksjon. Ettersom modellene med korreksjon sannsynligvis korrigerer for mye grunnet den smale rekkevidden på miljøvariablene bakgrunnen ble tatt fra, ligger sannheten et sted imellom de to modellsettene. Nedbørsvariabelen bidro mest til alle modellene noe som indikerer at nedbør har større påvirkning på artenes utbredelse enn temperatur innenfor området.

Konklusjon Resultatene fra dette studiet bidrar til økt kunnskap rundt de forventede endringene i vegetasjonen i et alpint økosystem av nasjonal interesse. Projeksjonene viser at alle artene kommer til å miste egnet habitat, og støtter dermed tidligere studier som har vist at alpine habitat er sårbare for klimaendringer.