Как сообщают исследователи Принстонского университета в журнале Global Ecology and Biogeography, изменение климата может отсрочить подглядывание за осенними листьями в некоторых районах Соединенных Штатов, поскольку летние температуры сохранятся в конце года. Например, бумажная береза - популярное лиственное дерево, которое является государственным деревом Нью-Гэмпшира — может изменить цвет через одну-три недели к концу века, как выяснили исследователи. Исследователи обнаружили, что хотя некоторые деревья будут менее восприимчивы к продолжающейся жаре, чем бумажная береза, чем южнее регион, тем больше вероятность общей задержки окраски листьев.
Деревьям нужна достаточно низкая дневная температура и достаточно короткий световой день, чтобы можно было увидеть яркие осенние виды, объяснил старший автор Дэвид Медвиги, доцент кафедры наук о Земле и ассоциированный член факультета Принстонского института окружающей среды. Он и первый автор Су-Чон Чжон, бывший аспирант из Принстона, ныне работающий в НАСА, обнаружили, что дневную температуру и световой день можно не только использовать для прогнозирования времени окраски листьев, но и что влияние этих факторов зависит от конкретного дерева. вид и конкретный географический район.
«Мы действительно заинтересованы в понимании того, как эти системы будут меняться, когда мы столкнемся с глобальным потеплением или изменением климата», — сказал Медвиги. «Эти результаты говорят о том, что разные места будут меняться по-разному, и что эти различия на самом деле будут весьма интересными».По словам Медвиги, помимо осенней листвы и ее экономического значения для многих областей, исследование имеет широкое значение для прогнозирования вегетационного периода, продуктивности сельского хозяйства и продуктивности экосистемы. В частности, задержка изменения цвета листьев может повлиять на то, сколько углерода экосистема удаляет из атмосферы, что частично будет бороться с изменением климата, которое в первую очередь вызвало задержку, сказал он.
«Когда у растений есть зеленые листья, они фотосинтезируют и выводят углерод из атмосферы», — сказал Медвиги. «Чем длиннее у вас зеленые листья, тем больше углекислого газа вы можете вывести из атмосферы. По крайней мере, так принято считать.
Так что выяснение этого потенциально может быть важно для понимания последствий изменения климата».Марк Д. Шварц, выдающийся профессор географии Университета Висконсин-Милуоки, объяснил, что осенняя окраска листьев знаменует собой конец вегетационного периода в умеренном климате, поэтому понимание нынешних и будущих циклов проливает свет на то, что должно произойти в сельском хозяйстве и водоснабжении. и поведение животных, среди многих других областей.Более длинный или более короткий вегетационный период влияет на тип выращиваемых культур, наличие вредителей, а также на то, когда животные начинают питаться (растениями или животными, которые едят растения) и размножаться, сказал Шварц, который знаком с исследованиями, но не имел роль в нем.
В частности, в западных Соединенных Штатах на доступность воды влияют растения, которые похожи на «маленькие водяные насосы», отводящие влагу из почвы в течение всего вегетационного периода, сказал он.Весна, начало вегетационного периода, хорошо изучена, но, по словам Шварца, ученым труднее охарактеризовать осень, которая является более сложной и зависит от географии. По его словам, существующие модели, как правило, основаны на локализованных данных и плохо учитывают реакцию растений на региональные осенние условия. По словам Шварца, Медвиги и Джеонг предоставляют ценные, последовательные критерии — температуру и уровень освещенности — для определения окраски листьев, которые все еще учитывают региональные различия.
«Когда вы приближаетесь к вегетационному периоду, вы можете связать это с огромным количеством вещей. Чтобы понять, как это может измениться в будущем, мы должны понять, как это работает сейчас», — сказал Шварц. «Это исследование является полезным дополнением к тому, что мы пытаемся сделать с точки зрения улучшения способа моделирования растений.
Многие модели, которые мы используем с точки зрения глобальных изменений, довольно упрощены».Исследование зародилось, когда Медвиги, который изучает более масштабные результаты мелкомасштабных взаимодействий между землей и атмосферой, заметил, что моделям трудно объяснить, когда листья должны изменить цвет. Он и исследователи из Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL), которая находится в ведении Национального управления океанических и атмосферных исследований и базируется на кампусе Принстон Форрестол, придумали решение этой проблемы, используя данные континентального масштаба.«Во время наблюдений мы заметили, что некоторые деревья оставляют листья позже осенью», — сказал Медвигий. «Несколько лет назад мы пытались предсказать эти явления с помощью наших моделей, но результаты были неутешительными.
Эти интересные явления продолжаются, и у нас не было возможности их объяснить».Медвиги и Чон попытались проверить, улучшит ли прогноз модели наличие информации о нескольких видах, распространенных на большой территории.
Они собрали данные о датах смены листьев для нескольких видов деревьев как на Аляске, используя Национальную фенологическую сеть США, бесплатную онлайн-базу данных наблюдений за сезонными изменениями, зарегистрированными учеными и общественностью, так и в Массачусетсе с использованием данных и наблюдений из Гарвардского леса. исследовательский участок площадью 3500 акров под управлением Гарвардского университета.Были изучены следующие виды: бук американский, осина, черный дуб, северный красный дуб, бумажная береза, красный клен, сахарный клен и сладкая береза. Они сгруппировали древесные породы в три категории в зависимости от их переносимости тени.
Например, березы нуждаются в большом количестве солнечного света; буки могут выжить в затененной среде; а дубы где-то посередине. Около 20 видов, рассмотренных в исследовании, четко попали в одну из этих трех категорий.Медвиги и Джеонг обнаружили, что моделирование прогнозов для всей территории Соединенных Штатов действительно значительно улучшается, когда в анализ включаются данные макромасштабных наблюдений, то есть с нескольких участков, разбросанных по большой территории. Кроме того, они сообщают, что температура и продолжительность солнечного света являются важными факторами в определении того, когда листья деревьев окрашиваются осенью.
По словам Медвиги, предыдущие исследования, как правило, полагались на один или другой фактор, а не на оба сразу. Прогнозы, основанные на этих исследованиях, были менее эффективными в более широких регионах.Исследователи также обнаружили, что время смены листьев более чувствительно к температуре в более теплых регионах, чем в более холодных.
Так, например, в случае повышения осенних температур, древесные породы в Массачусетсе отреагируют в большей степени, чем виды на Аляске, сказал Медвиги. Сезон листвы на Аляске приходится на сентябрь, и вряд ли он изменится в ближайшие 100 лет.
Но сезон листвы в Массачусетсе, скорее всего, наступит в ноябре, а не в октябре, как сейчас, сказал он. В южных штатах это произойдет еще позже. По словам Медвиги, в связи с тем, что северный климат остается неизменным, а южные районы окрашиваются позже, сезон окраски в целом увеличился в связи с изменением климата.
Теперь, когда Медвиги знает, какая информация необходима для предсказания будущего окраски листьев, он планирует снова сотрудничать со своими коллегами из GFDL, чтобы сделать более сложное моделирование на основе результатов исследования, сказал он.«Теперь мы гораздо лучше понимаем, как связаны температура, продолжительность дня и цвет листьев», — сказал он. «Это понимание поможет нам делать более точные прогнозы климата, а также основной динамики лесов.
Моя группа сейчас исследует эти вопросы вместе с исследователями из GFDL».