An inventory-based approach for modeling single-tree storm damage — experiences with the winter storm of 1999 in southwestern Germany

Authors: Schmidt, Matthias; Hanewinkel, Marc; Kändler, Gerald; Kublin, Edgar; Kohnle, Ulrich

Source: Canadian Journal of Forest Research, Volume 40, Number 8, August 2010 , pp. 1636-1652(17)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

Based on individual tree damage data dating back to the gale “Lothar” (winter 1999) in Baden-Württemberg, Germany, a statistical model was developed to estimate the risk of storm damage for individual trees. The data were compiled from the National German Forest Inventory. The model attempts to separate the effects of tree-specific variables, topography, site conditions and flow field related effects on damage probability. The crucial problem of missing information on the actual flow field parameters was solved by applying a generalized additive model that enables the simultaneous fit of a spatial trend function. The geographical location of risk hotspots as predicted by the model correspond well to the actual distribution pattern of storm damage as assessed by the forest service. Tree height proved to be one of the most important factors affecting the level of damage, while height to diameter at breast height ratio influences damage probability to a much lesser extent. The Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) group has the highest potential to be damaged followed by the silver fir (Abies alba Miller)– Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) group and the Scots pine (Pinus sylvestris L.)– larches (Larix spp.) group. Predicted probabilities for deciduous trees are generally lower than those of conifers. West- to south-exposed locations bear a considerably higher damage risk and waterlogged soils show an increased predicted probability compared with slightly or not waterlogged soils.

Un modèle statistique a été élaboré pour estimer les risques de dommages causés par une tempête aux arbres individuels sur la base de données sur les dommages aux arbres remontant à la tempête «Lothar» (hiver 1999) dans l’État de Bade-Wurtemberg, en Allemagne. Les données ont été compilées à partir de l’inventaire forestier national allemand. Le modèle tente de séparer les effets des variables propres à l’arbre, de la topographie, de l’état de la station et les effets reliés au champ de courant sur la probabilité des dommages. Le problème crucial du manque d’information au sujet des paramètres réels du champ de courant a été résolu en appliquant un modèle additif généralisé qui permet l’ajustement simultané d’une fonction de tendance spatiale. La localisation géographique des zones à haut risque prédite par le modèle correspond bien au patron réel de distribution des dommages causés par la tempête tel qu’il a été évalué par le service forestier. La hauteur des arbres est le facteur qui a eu le plus influencé le niveau de dommages tandis que le rapport entre la hauteur et le diamètre à hauteur de poitrine a beaucoup moins influencé la probabilité qu’il y ait des dommages. Le groupe de l’épicéa commun (Picea abies (L.) Karst.) est plus susceptible d’être endommagé suivi du groupe formé par le sapin gracieux (Abies alba Miller) et le douglas vert (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) et du groupe formé par le pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) et les mélèzes (Larix spp.). Les probabilités prédites par le modèle pour les espèces feuillues sont généralement plus faibles que pour les conifères. Les risques de dommages sont considérablement plus élevés dans les endroits exposés à l’ouest jusqu’au sud et le modèle prédit que la probabilité des dommages est plus élevée sur les sols gorgés d’eau que sur les sols légèrement ou non gorgés d’eau.

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2010

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