7/24/2019

1

DESIGNING FOREST ADAPTATION TREATMENTS

AT THE PETAWAWA RESEARCH FORESTTHROUGH SCIENTIST‐MANAGER PARTNERSHIPS

DESIGNING FOREST ADAPTATION TREATMENTS

AT THE PETAWAWA RESEARCH FORESTTHROUGH SCIENTIST‐MANAGER PARTNERSHIPS

Petawawa Research Forest (PRF) Best Western Inn, Pembroke, ON, Canada

July 16‐18, 2019

Petawawa Research Forest (PRF) Best Western Inn, Pembroke, ON, Canada

July 16‐18, 2019

Great Lakes St. Lawrence Forest ASCC Workshop Goals

• An introduction to conceptual tools and resources designed to help integrate climate change considerations into natural resource management planning and decision‐making; 

• Discussion of regional climate change projections, impacts, and ecosystem vulnerabilities; 

• Opportunity to apply concepts from the workshop in a scenario‐based breakout activity; and

• Overview of a long‐term North American climate change adaptation network that will have an installation at the Petawawa Research Forest. 

7/24/2019

2

July 16, 2019:8:00 Introductions & Workshop Overview8:30 Climate Science Overview

(John Pedlar, CFS) 9:00 Climate Change Considerations for Silvicultural Decision‐Making

(Linda Nagel, CSU)10:00 Break10:30 Ecology & Silviculture of the Great‐Lakes St. Lawrence Forest

(Trevor Jones, CFS, and Peter Arbour, PRF)11:00 Climate change impacts and vulnerabilities for the Great‐Lakes St. Lawrence Forest

(Samuel Royer‐Tardif, CFS)11:30 Climate change in the Canadian Forest Service

(Jason Edwards, CFS)12:00 Lunch 1:00 Overview of the Vulnerability Assessment for Climate Change (VACC) at the 

Petawawa Research Forest (Michael Hoepting, CFS, & Jeff Fera, CFS)

1:30 Overview of Climate Change Adaptation and Mitigation Strategies(Linda Nagel, CSU) 

2:15 Breakout Exercise: Developing Climate Change Adaptation Approaches & Tactics(Linda Nagel, CSU, Courtney Peterson, CSU, & Maria Janowiak, NIACS)

4:00 Group Report‐Outs on Approaches and Tactics4:45 Wrap‐up & Evaluations5:00 Adjourn

WORKSHOP AGENDA

Desired ConditionsNatural Forest 

Dynamics

Wildlife Habitat

Past Management 

History

Invasives Timber Sale Revenue

Disturbance:Past + Future

Recreation

Forest Health

And more!! Climate Change

Plan & Project Requirements

7/24/2019

3

Activity #1

Climate Change Considerations for Forest Management

What new or different considerations 

do we need to think about when 

managing forests in the face of a 

changing climate?

Activity #1

7/24/2019

4

Adapting to Climate Change

Project Goals: 1) Co‐develop robust, operational examples of how to 

integrate climate change adaptation into silvicultural planning and on‐the‐ground actions to foster resilience to the impacts of climate change and enable adaptation to uncertain futures

2) Introduce managers to tools and approaches to integrate climate change into silvicultural decision making that meets management goals and objectives

ADAPTIVE SILVICULTURE FOR CLIMATE CHANGE (ASCC)

7/24/2019

5

Petawawa Research Forest, ON, Canada

Flathead NF/Coram EF, MT

Chippewa NF/Cutfoot EF, MN

J.W. Jones Ecological Research Center, GA

MNRRA, MNColorado  State Forest, CO

San Juan NF, CO 

Second College Grant/Dartmouth College, NH

Colorado  State University 

USFS SRS

NIACS

USFS PSW

OSU

USFS PNW

Science Collaborators

Network Study Sites

ASCC Network PIs

Urban Affiliate Sites

Prospective Sites

USFS NRS

THE ASCC NETWORK

Intentionality

• Explicitly consider and address climate change 

• Sure we might get 

lucky… 

• Intentionally assessing risk and vulnerabilities 

makes our plans more 

robust!

7/24/2019

6

Desired Future Condition

TIME

Climate ChangeTrajectory

?

Climate‐Driven Changes

What actions can be taken toenhance the ability of a 

system to cope with change and

meet goals and objectives?

7/24/2019

7

Adaptation is the adjustment of systems in response to climate change. 

Ecosystem‐based adaptation activities build on sustainable management, conservation, and restoration principles.

Adaptation Concepts

Reduce impacts/ Maintain current conditions

Forward‐looking/ Promote change

Manage for Persistence:Ecosystems are still recognizable as being 

the same system (character)

Manage for Change:Ecosystems have fundamentally changed to something different

Resistance Resilience Transition(Response)

7/24/2019

8

Improve the defenses of the forest against anticipated changes or 

directly defend the forest against disturbance in order to maintain 

relatively unchanged conditions

• Short‐term

• High‐value

Millar et al. 2007, 2008; DeRose and Long 2014

OPTION #1 – RESISTANCE

Desired Future Condition

TIME

Climate ChangeTrajectory

?

OPTION #1 – RESISTANCE

7/24/2019

9

Desired Future Condition

TIME

Climate ChangeTrajectory

?

OPTION #1 – RESISTANCE

Accommodate some degree of change, but encourage a return to a prior condition after disturbance

Millar et al. 2007, 2008; DeRose and Long 2014

Photos: USFS

OPTION #2 – RESILIENCE

7/24/2019

10

Desired Future Condition

TIME

Climate ChangeTrajectory

?

OPTION #2 – RESILIENCE

Intentionally accommodate change and enable ecosystems to adaptively respond to changing/new conditions

Millar et al. 2007, 2008

OPTION #3 – TRANSITION (RESPONSE)

7/24/2019

11

TIME

Climate ChangeTrajectory

?

OPTION #3 – TRANSITION (RESPONSE)

RESISTANCE RESILIENCE TRANSITION

▪ Improve defenses of forest against change

▪ Maintain relatively unchanged conditions

▪ Accommodate some degree of change

▪ Return to prior condition after disturbance

▪ Facilitate change▪ Enable ecosystem to respond to new and changing conditions

Adaptation Options

Design actions that are robust across a range of potential future conditions

7/24/2019

12

Planning Adaptation

Adaptation Workbook

Strategies & Approaches

Menu of adaptation actions

Structured process to integrate climate change considerations into management.

• Workbook approachAlso online: AdaptationWorkbook.org

Swanston et al. 2016, www.nrs.fs.fed.us/pubs/52760

Forest Adaptation Resources

7/24/2019

13

Adaptation Workbook

Swanston et al. 2016 (2nd edition)www.nrs.fs.fed.us/pubs/52760

CONCEPT

ACTION

STRATEGIES

APPROACHES

TACTICS

Adaptation Strategies & Approaches

www.adaptationworkbook.org/niacs‐strategies

Options (concepts): • Resistance, Resilience, Transition

Strategies:• Regionally specific conditions

Approaches:• Actions for a specific ecosystem

Tactics: • Prescriptions for local conditions 

and mgmt. objectives

Translating broad concepts to actions

7/24/2019

14

Example:Strategy 3: Reduce the risk and long‐term 

impacts of severe disturbances. 

Approach 3.1: Alter forest structure or composition to reduce risk or severity of wildfire. 

Tactics 3.1.1: Using prescribed fire and thinning to reduce surface fuels, increase height to live crown, decrease crown closure, and create a more open forest structure that is 

expected to be less vulnerable to severe wildfire. 

Adaptation Strategies & Approaches

Management Goals & Objectives

Climate Change Impacts

Intent of Adaptation (Option)

Make Idea Specific(Strategy, Approach)

Action to Implement(Tactic)

Challenges &  Opportunities

Why it’s important:Helps connect the dots from broad concepts to specific actions for 

implementation.

7/24/2019

15

Adaptation Workbook

www.adaptationworkbook.org

Adaptation strategies and approaches + Adaptation Workbook

Climate Change Response Framework

www.forestadaptation.org

Resources, tools, demos

Same actions–climate change just makes them that much more important

Small “tweaks” that improve effectiveness

New & different actions to consider, even some that may seem wild & crazy

*individual results will vary

Adaptation actions may not look that different from current management actions, especially in the near term.

One last thought….

7/24/2019

16

Activity #2

Developing Adaptation Actions for Forests

Least Projected Change

Most Projected Change

Activity #2

CSIRO (B1) CSIRO (A1B) HAD (A1B) MIROC (A1B) MIROC (A2)

In this activity you will use your silvicultural expertise to illustrate how climate change and uncertainty may affect stand‐level management for specific ecosystems or forest types 

7/24/2019

17

Activity #2

As a group, select a forest type or ecosystem to work in 

1) Create and describe a hypothetical management situation

– Conditions: Location, site conditions, species composition, stand structure, disturbance history and susceptibility, etc.

– Typical management: Management goals and objectives, common practices

1

2

34

5

Activity #2

As a group, select a forest type or ecosystem to work in 

2) Identify important climate change considerations

– Anticipated effects on various forest components

– Characteristics that increase/reduce vulnerability

3) Identify challenges or opportunities for meeting management goals under climate change

1

2

34

5

7/24/2019

18

Maps/data for this section courtesy of Canadian Center for Climate Services Climate Data Viewer

To help think about climate change in your region

Precipitation change (summer and winter)

Temperature change (summer and winter)

Change in climate moisture index (summer and winter) 

Activity #2

Climate Model: CMIP5 RCP 8.5Change in Mean Seasonal Temperature 

1986‐2005 vs. 2081‐2100 Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa = 6.1 C 

Season: Winter (D‐J‐F) Petawawa = 6.6 C 

Change in Mean Seasonal Precipitation 1986‐2005 vs.  2081‐2100 

Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa = ‐2.8% 

Season: Winter (D‐J‐F) Petawawa = 22.2% 

Climate Model: CMIP5 RCP 4.5

Change in Mean Seasonal Temperature 1986‐2005 vs. 2081‐2100 

Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa =  3 C 

Change in Mean Seasonal Precipitation 1986‐2005 vs. 2081‐2100 

Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa = 1.1% 

Season: Winter (D‐J‐F) Petawawa = 3.7 C  Season: Winter (D‐J‐F) Petawawa = 14.4% 

Climate Model: CanESM2 RCP 4.5

Change in Climate Moisture Index (cm) 2071‐2100 minus 1971‐2000 

Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa =  ‐9.8 cm 

Change in Climate Moisture Index (cm)2071‐2100 minus 1971‐2000 

Season: Summer (J‐J‐A) Petawawa = ‐20.6 cm 

Season: Winter  (D‐J‐F) Petawawa = +3.0 cm  Season: Winter (D‐J‐F) Petawawa = +5.1 cm 

Climate Model: CanESM2 RCP 8.5

) -40 - -30 -30 - -20 -20 - -10 -10 - 0 0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40Change in Climate Moisture  Index (cm) 

Activity #2

What actions can be taken to enhance the ability of the area to adapt to anticipated changes and meet management goals?

1

2

34

5

Expand and Re‐envision your silvicultural toolbox

7/24/2019

19

Activity #2

What actions can be taken to enhance the ability of the area to adapt to anticipated changes and meet 

management goals?

Where are you working, and what are your forest management goals?

Forest:

Location and conditions:

Current management:

What climate change impacts create challenges or opportunities for meeting these goals?

What actions would you recommend to enhance the ability of forests to adapt?

Adaptation Tactics:

1) 

2) 

3) 

Swanston et al. 2016 (2nd edition)www.nrs.fs.fed.us/pubs/52760

1. DEFINE area of interest, 

management objectives, and time 

frames

2. ASSESS climate change impacts & vulnerabilities for 

the area of interest.

3. EVALUATEmanagement 

objectives given climate impacts and 

vulnerabilities.

4. IDENTIFY and implement adaptation

approaches and tactics. 

5. MONITOR and evaluate 

effectiveness if implemented 

actions.

Vulnerability Assessments

Adaptation Strategies 

and Approaches

Adaptation WorkbookA structured process to integrate climate change 

considerations into management planning and activities

7/24/2019

20

Resources

Janowiak, Swanston, Nagel, et al. 2014. A Practical Approach for Translating Climate Change Adaptation Principles into Forest Management Actions. Journal of Forestry 112:424‐433.

Millar, Stephenson, Stephens. 2007. Climate change and forests of the future: Managing in the face of uncertainty. Ecological Applications 17(8):2145‐2151.

Swanston et al. 2016. Forest Adaptation Resources: Climate change tools and approaches for land managers.USDA GTR NRS‐87

www.forestadaptation.org

www.adaptationworkbook.org