Urban tree carbon stocks geospatial analysis and dataset comparison

Abstract

This thesis compares estimates of urban tree carbon stocks and their spatial distribution derived from three different geospatial datasets in northwestern Helsinki. The study utilizes three sources: The National Land Survey of Finland’s Metsäkanta individual tree detection dataset, the Natural Resources Institute Finland’s multisource national forest inventory (MS-NFI 2019), and the Helsinki Region Environmental Services Authority’s (HSY) carbon sink mapping. The datasets were compared in the study area (11.69 km²) using both raster and land-use class analysis.

The research questions focused on (1) relative differences in carbon stock estimates between the datasets, and (2) the spatial distribution of carbon stocks at different resolutions (50, 100, and 200 m raster cells) and land-use classes. The results revealed notable differences between the datasets: the average carbon stock density varied from 20 to 26 t C/ha at the study area level, and from 45 to 58 t C/ha within the urban forest class. The HSY dataset systematically produced higher carbon stock values than Metsäkanta, while MS-NFI estimates fell in between. The differences were highest in dense suburban forests and protected areas. Substantial local variation was also observed, especially at the 50 and 100 m resolutions.

The findings demonstrate that urban tree carbon stock estimates can differ by 20–30 % at the study area level (11.69 km²) depending on the dataset and method used. At finer scales (50–200 m raster cells), the variance was even higher. This underlines the need for critical dataset-specific interpretation and improving biomass models tailored for urban environments. The contribution of this thesis is to provide a comparative framework that highlights the magnitude of differences in carbon stock quantification between geospatial datasets. At the same time, it underpins the use of geospatial data in climate policy and urban planning.

Tässä diplomityössä vertaillaan kolmen erilaisen paikkatietoaineiston arvioita kaupunkipuiden hiilivarastojen määrästä ja alueellisesta jakautumisesta Helsingin luoteisosassa. Tutkimuksessa hyödynnettiin kolmea aineistoa: Maanmittauslaitoksen Metsäkanta-yksinpuintulkinta-aineistoa, Luonnonvarakeskuksen Monilähteisen valtakunnan metsien inventoinnin (MVMI) kartta-aineistoa vuodelta 2019 sekä Helsingin seudun ympäristöpalveluiden (HSY) hiilinieluselvitys -aineistoa. Aineistojen tuloksia vertailtiin tutkimusalueella (11,69 km2) rasterianalyysin ja maankäyttöluokkiin perustuvan analyysin avulla.

Tutkimuskysymykset kohdistuivat (1) eri aineistojen tuottamien hiilivarastoarvioiden suuruuseroihin sekä (2) hiilivarastojen alueelliseen jakaumaan eri mittakaavoissa (50, 100, ja 200 m rasterisolut) ja maankäyttöluokissa. Aineistojen välillä voitiin havaita huomattavia eroja: tutkimusalueen hiilivarastot vaihtelivat 20–26 t C/ha välillä, ja kaupunkimetsäalueilla 45–58 t C/ha. HSY-aineisto tuotti järjestelmällisesti korkeampia hiilivarastoarvoja kuin Metsäkanta, kun taas MVMI sijoittui arvoiltaan näiden väliin. Erot korostuivat erityisesti tiheissä taajamametsissä ja suojelualueilla. Lisäksi työssä havaittiin suuria paikallisia eroja erityisesti 50 ja 100 metrin solutasolla.

Diplomityön tulokset osoittavat, että kaupunkipuiden hiilivarastoarviot voivat poiketa jopa 20–30 % koko tutkimusalueen tasolla (11,69 km²) riippuen käytetystä aineistosta ja menetelmästä. Pienemmässä mittakaavassa (50–200 m rasterisolut) erot olivat vielä suuremmat. Tämä korostaa tarvetta kriittiselle aineistokohtaiselle tulkinnalle sekä kaupunkiympäristöön soveltuvien biomassamallien kehittämiselle ja tarkentamiselle. Työn kontribuutio on tarjota vertailukehys, joka havainnollistaa kaupunkipuiden hiilivarastoarvioiden suuruuseroja eri paikkatietoaineistojen välillä. Samalla työ edesauttaa paikkatiedon hyödyntämistä ilmastopolitiikan ja kaupunkisuunnittelun tukena.