Climate teleconnections synchronize Picea glauca masting and fire disturbance: Evidence for a fire-related form of environmental prediction
Climate teleconnections synchronize Picea glauca masting and fire disturbance: Evidence for a fire-related form of environmental prediction
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DOI：
10.1111/1365-2745.13308
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发表时间：
2019-11-08
影响因子：
5.5
通讯作者：
Vacchiano, Giorgio
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ascoli, Davide;Hacket-Pain, Andrew;Vacchiano, Giorgio
种子肥大和自然干扰的同步脉冲对易受干扰的生态系统中肥大物种的繁殖具有正反馈作用。我们测试了这样的假设：干扰和桅杆的直接原因是相关的，并且它们的大规模同步是由年际和年代际时间尺度上相似的气候遥相关模式驱动的。这些假设在白云杉（Picea glauca）上进行了测试，白云杉是一种桅杆物种，令人惊讶的是，它在易发生火灾的北方森林中持续存在，但缺乏明显的火灾适应能力。我们建立了 20 世纪下半叶区域（阿拉斯加、育空地区、艾伯塔省、魁北克）和次大陆尺度（北美西部）的桅杆、干旱和火灾指数。叠加时代分析测试了区域尺度上的桅杆事件、干旱和烧毁面积之间的时间关联。在次大陆尺度上，叠加历元分析测试了厄尔尼诺南方涛动（ENSO）及其与正位相（AMO+/ENSO+）的大西洋数十年涛动（AMO）的耦合效应是否同步干旱、烧毁面积和桅杆。我们还测试了十年时间尺度上同步假设的一致性，以验证 AMO+/ENSO+ 的长期振荡是否与干旱、烧毁面积和桅杆的年代际变化相一致。分析表明干旱、火灾和桅杆之间存在同步性。在所有地区，桅杆活动发生前一年都比平时更加干燥且更容易发生火灾。在 AMO+/ENSO+ 事件期间，次大陆干旱和烧毁面积指数与平均值存在显着偏差。第二年的大规模桅杆也观察到了同样的情况，证实了火灾和桅杆之间有一年的滞后。次大陆烧毁面积和桅杆指数显示出由 AMO+/ENSO+ 主导的同相年代际波动。结果支持肥大播种的“环境预测假说”。综合。我们提供了青云杉种子肥大与北美西部北方森林火灾状况在年际和年代际时间尺度上大规模同步性的证据。我们得出的结论是，白云杉的种子产量通过与干旱和火灾共享相同的大规模气候驱动因素来预测干扰状况的变化。这为一种机制提供了新的内部结构，为火敏感物种提供了比预期更高的气候变化适应性。 外语摘要 法语摘要 半成品和自然扰动的同步化对生殖的积极影响是在可感知的生态系统和扰动中无法控制的结果。在这组研究中，测试了存在于扰动和最终同步的假设之间的相关性，以及类似气候、十年间和年际遥联的赞助人的大阶梯。 L'espece cible choisie pour tester cette Hypothese est l'epinette blanche (Picea glauca) une espece 一种不规则的果实，在北美洲的北方森林中重新获得生存。在 20 世纪的第 20 世纪，在地区性（阿拉斯加、育空、阿尔伯塔、魁北克）和次大陆（北美洲北部）地区的安全指数和森林索引中。 L'association temporelle a l'echelle Regionale entre masting, secheresse et feux a ete testee par le biais d'uneanalysis par epoques superposees (叠加时代分析)。在次大陆上，叠加历元分析可用于测试 ENSO（厄尔尼诺南方涛动）和 AMO（大西洋十月涛动）的累积影响，以及正相位 (AMO+/ENSO+) 同步的桅杆、安全和火力。 La constance des sessynchronouss a ete testee sur une echelle temporelle decennale pour verifier si les swings AMO+/ENSO+ sur le long terme etaientherovec lesvariationsdessecheresses,dessurfacebruleesetdumastering.分析了有关安全、火和桅杆的同步的启示。在所有地区，安妮都先于一种习惯性的燃烧现象。悬而未决的 AMO+/ENSO+ 事件、secheresse 和表面布丁的索引是 montre des valeurs hors de la moyenne 上的次大陆的阶梯。 De meme, les phenomenes de Masing a Large echelle qui ont eu lieu dans l'annee suivante, 证实了 le decalage d'un an entre les feux et la production de semis。支持环境预测假说（环境预测假说）的结果表明，布鲁利表面的波动平行于尼维奥次大陆。综上所述，在同步性上，青云杉的晚间与北美洲北部和西部的北方森林的火势之间存在着巨大的同步，这就是年际或十年间的节奏。半成品的生产是白色的，它是由那些迷因因素引起的刺激，这些因素包括安全和燃烧，适合于扰乱政权的变化。我们知道新的机制是一种特别明智的做法，具有适应气候变化的潜力以及先前的能力。
Synchronous pulses of seed masting and natural disturbance have positive feedbacks on the reproduction of masting species in disturbance-prone ecosystems. We test the hypotheses that disturbances and proximate causes of masting are correlated, and that their large-scale synchrony is driven by similar climate teleconnection patterns at both inter-annual and decadal time scales. Hypotheses were tested on white spruce (Picea glauca), a masting species which surprisingly persists in fire-prone boreal forests while lacking clear fire adaptations. We built masting, drought and fire indices at regional (Alaska, Yukon, Alberta, Quebec) and sub-continental scales (western North America) spanning the second half of the 20th century. Superposed Epoch Analysis tested the temporal associations between masting events, drought and burnt area at the regional scale. At the sub-continental scale, Superposed Epoch Analysis tested whether El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and its coupled effects with the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) in the positive phase (AMO+/ENSO+) synchronize drought, burnt area and masting. We additionally tested the consistency of our synchronization hypotheses on a decadal temporal scale to verify whether long-term oscillations in AMO+/ENSO+ are coherent to decadal variation in drought, burnt area and masting. Analyses demonstrated synchronicity between drought, fire and masting. In all regions the year before a mast event was drier and more fire-prone than usual. During AMO+/ENSO+ events sub-continental indices of drought and burnt area experienced significant departures from mean values. The same was observed for large-scale masting in the subsequent year, confirming 1-year lag between fire and masting. Sub-continental indices of burnt area and masting showed in-phase decadal fluctuations led by the AMO+/ENSO+. Results support the 'Environmental prediction hypothesis' for mast seeding.Synthesis. We provide evidence of large-scale synchronicity between seed masting in Picea glauca and fire regimes in boreal forests of western North America at both inter-annual and decadal time scales. We conclude that seed production in white spruce predicts changes in disturbance regimes by sharing the same large-scale climate drivers with drought and fire. This gives new insides in a mechanism providing a fire-sensitive species with higher than expected adaptability to changes in climate.Foreign Language Abstract French AbstractLa synchronization du masting des semis et des perturbations naturelles ont un effet positif sur la reproduction d'especes a fructification irreguliere dans des ecosystemes sensibles aux perturbations. Dans cette etude, on a teste les hypotheses qu'il existait une correlation entre les perturbations et les causes ultimes du masting et que leurs synchronizations a grande echelle etait du a des patrons de teleconnections climatiques similaires, aux echelles decennales et interannuelles. L'espece cible choisie pour tester cette hypothese est l'epinette blanche (Picea glauca) une espece a fructification irreguliere qui inopinement reussit a survivre dans les forets boreales de l'Amerique du nord. On a cree des indices de masting, de secheresse et de feux de foret a des echelles regionales (Alaska, Yukon, Alberta, Quebec) et subcontinental (Nord-ouest de l'Amerique du nord) pour la deuxieme moitie du XX siecle. L'association temporelle a l'echelle regionale entre masting, secheresse et feux a ete testee par le biais d'une analyse par epoques superposees (Superposed Epoch Analysis). Au niveau subcontinental, la Superposed Epoch Analysis a ete utilisee pour tester si la ENSO (El Nino-Southern Oscillation) et ses effets cumulatifs avec l'AMO (Oscillation Atlantique Multi decennale) pendant des phases positives (AMO+/ENSO+) synchronisent le masting, la secheresse et les feux. La constance de ses synchronizations a ete testee sur une echelle temporelle decennale pour verifier si les oscillations AMO+/ENSO+ sur le long terme etaient coherente avec les variations des secheresses, des surfaces brulees et du masting. Les analyses ont revele la synchronization entre secheresse, feux et masting. Dans toutes les regions, l'annee qui precede un phenomene de masting a ete seche et plus propice aux incendies que d'habitude. Pendent les episodes AMO+/ENSO+, les indices de secheresse et de surface brulee a l'echelle subcontinentale ont montre des valeurs hors de la moyenne. De meme, les phenomenes de masting a large echelle qui ont eu lieu dans l'annee suivante, confirment le decalage d'un an entre les feux et la production de semis. Les resultats supportent l'hypothese d'une prediction environnementale (Environmental prediction hypothesis) pour le masting comme demontre avec la fluctuation parallele sur une echelle decennale de la surface brulee et du masting au niveau subcontinentale. En synthese, on a prouve la synchronisation a grande echelle entre les evenements de masting de Picea glauca et le regime des feux de couronne dans les forets boreales du nord-ouest de l'Amerique du nord, que ce soit a des rythmes interannuelles ou decennales. La production abondante de semis chez l'epinette blanche, etant stimulee par les memes facteurs qui reglent la secheresse et les incendies, suit donc les changements du regime des perturbations. Cela nous donnent de nouvelles connaissances sur un mecanisme qui permet a une espece sensible au feu d'avoir un potentiel d'adaptation au changement climatique plus haut que prevu.