Uncertainty in forest simulators and forest planning systems

The forest simulator is a computerized model for predicting forest growth and future development as well as effects of forest harvests and treatments. The forest planning system is a decision support tool, usually including a forest simulator and an optimisation model, for finding the optimal forest management actions. The information produced by forest simulators and forest planning systems is used for various analytical purposes and in support of decision making. However, the quality and reliability of this information can often be questioned. Natural variation in forest growth and estimation errors in forest inventory, among other things, cause uncertainty in predictions of forest growth and development. This uncertainty stemming from different sources has various undesirable effects. In many cases outcomes of decisions based on uncertain information are something else than desired. The objective of this thesis was to study various sources of uncertainty and their effects in forest simulators and forest planning systems. The study focused on three notable sources of uncertainty: errors in forest growth predictions, errors in forest inventory data, and stochastic fluctuation of timber assortment prices. Effects of uncertainty were studied using two types of forest growth models, individual tree-level models and stand-level models, and with various error simulation methods. New method for simulating more realistic forest inventory errors was introduced and tested. Also, three notable sources of uncertainty were combined and their joint effects on stand-level net present value estimates were simulated. According to the results, the various sources of uncertainty can have distinct effects in different forest growth simulators. The new forest inventory error simulation method proved to produce more realistic errors. The analysis on the joint effects of various sources of uncertainty provided interesting knowledge about uncertainty in forest simulators.

Metsäsimulaattori on tietokoneistettu malli, jolla ennustetaan metsän kasvua ja tulevaa kehitystä, sekä hakkuiden ja käsittelyiden vaikutuksia metsiin. Metsäsuunnittelujärjestelmä on päätöstukityökalu, joka yleisesti koostuu metsäsimulaattorista ja optimointimallista ja jonka avulla metsien käsittelyitä voidaan optimoida. Metsäsimulaattoreilla ja metsäsuunnittelujärjestelmillä tuotettua tietoa käytetään monenlaisiin analyyseihin sekä metsien käyttöä koskevan päätöksenteon perustaksi. Tiedon laatu ja luotettavuus on kuitenkin usein kyseenalaista. Esimerkiksi metsien kasvun luontainen vaihtelu sekä virheet metsien nykytilaa koskevissa tiedoissa aiheuttavat metsien tulevan kehityksen ennusteissa epävarmuutta. Epävarmuudella, tai tiedon puutteella on monia epäedullisia seurauksia. Epävarmalle tiedolle perustuvat päätökset johtavat usein ei-toivottuun lopputulokseen. Tämän väitöskirjan tarkoituksen oli tarkastella erilaisia epävarmuuden lähteitä sekä niiden vaikutuksia metsäsimulaattoreissa ja metsäsuunnittelujärjestelmissä. Tutkimuksessa tarkas- teltiin pääasiassa kolmea merkittävää epävarmuuden lähdettä: metsien kasvuennusteiden virheitä, metsien nykytilaa kuvaavan tiedon virheitä sekä puutavaralajien hintojen satunnaisvaihtelua. Epävarmuuden seurauksia tarkasteltiin sekä yksittäisten puiden että metsikkötason kasvumalleilla ja käyttäen erilaisia virheiden simulointimenetelmiä. Tutkimuksessa kehitettiin uusi menetelmä entistä realistisempien metsien inventointivirheiden simulointiin. Lisäksi työssä tarkasteltiin kolmen merkittävän epävarmuustekijän yhteisvaikutuksia metsikkötason nettonykyarvojen ennustamisessa. Tutkimuksen tärkeimmät tulokset osoittivat eri epävarmuuden lähteiden vaikuttavan selvästi eri tavoin eri metsäsimulaattoreissa. Työssä esitetyllä inventointivirheiden simulointimenetel- mällä voidaan jatkossa tuottaa selvästi realistisempia virhejakaumia. Eri epävarmuustekijöiden yhteisvaikutusten tarkastelu syvensi tietämystä epävarmuuden vaikutuksista metsäsimulaattoreissa.