Accounting for climate change in a forest planning stochastic optimization model

An approach is proposed for incorporating the variations in timber growth and yield due to climate change uncertainty into the forest harvesting decision process. A range of possible climate scenarios are transformed by a forest growth and yield model into tree growth scenarios, which in turn are integrated into a multistage stochastic model that determines the timber cut in each future period so as to maximize net present value over the planning horizon. For comparison purposes, a deterministic model using a single average climate scenario is also developed. The performance of the deterministic and stochastic formulations are tested in a case study of a medium-term forest planning problem for a Eucalyptus forest in Portugal where climate change is expected to severely impact production in the coming years. Experiments conducted using 32 climate scenarios demonstrate the stochastic model's superior results in terms of present value, particularly in cases of relatively high minimum timber demand. The model should therefore be useful in supporting forest planners' decisions under climate uncertainty. Key words: forestry, stochastic decision models, forest planning, climate change, uncertainty. Cet article propose une approche qui permet d'incorporer dans le processus de decision concernant la recolte de bois les variations de croissance et de rendement dues a l'incertitude engendree par le changement climatique. Une variete de scenarios climatiques potentiels sont transformes a l'aide d'un modele de croissance et de rendement de la foret en trois scenarios de croissance qui sont ensuite integres dans un modele stochastique multietape lequel determine le calendrier de recolte durant chaque periode future en maximisant la valeur actualisee nette sur l'horizon de planification. Un modele deterministe utilisant un seul scenario climatique moyen a aussi ete developpe pour servir de comparaison. La performance des formulations deterministe et stochastique a ete testee dans une etude de cas portant sur un probleme de planification forestiere a moyen terme pour une foret d'eucalyptus au Portugal oU le changement climatique devrait severement affecter la production dans les annees a venir. Des experiences realisees en utilisant 32 scenarios climatiques demontrent la superiorite des resultats du modele stochastique en termes de valeur actualisee, particulierement dans les cas oU la demande minimum de bois est relativement elevee. Le modele devrait par consequent etre utile pour aider les gestionnaires forestiers a prendre des decisions dans un contexte d'incertitude due au climat. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : foresterie, modele decisionnel stochastique, planification forestiere, changement climatique, incertitude.
1. Introduction Uncertainty and risk play an important role in the development of forest management planning (Pasalodos et al. 2013; Yousefpour et al. 2012). Typical examples of these phenomena are [...]