二氧化碳|气候变化正在改变秋叶的颜色科学家|全球变暖

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从缅因州南部到乔治亚州，西部到落基山脉，秋天的落叶季节是日历上的亮点。这在东北部尤为重要，秋天的色彩每年为新英格兰吸引约 80 亿美元的旅游收入。
作为一名林业科学家，我经常被问到气候变化如何影响秋叶的展示。到目前为止最清楚的是颜色的变化发生在本季的后期。 2021 年持续非常温暖潮湿的天气正在减少东北和大西洋中部的色彩显示。但气候变化并不是唯一起作用的因素，在某些地区，人类对森林管理的决定是最大的影响因素。
更长的生长季节
气候变化显然使东北地区变得更加温暖湿润。自 1980 年以来，东北地区的平均气温上升了 0.66 华氏度（0.37 摄氏度），年平均降水量增加了 3.4 英寸（8.6 厘米）——约 8% 。降水的增加促进了树木的生长，并倾向于抵消气温升高对树木造成的压力。在变得更加温暖和干燥的西部，气候变化对树木的生理影响更大。
我在树木生理学和树木年代学方面的研究——根据树木的年轮对过去的事件进行约会和解释——表明，总的来说，美国东部的树木在不断变化的气候中表现良好。鉴于美国东部大部分地区气候的细微变化，这并不奇怪气温通常会限制树木在凉爽和寒冷地区的生长，因此树木通常会受益于轻微的变暖。
此外，二氧化碳——导致地球气候变暖的主要温室气体——也是促进植物光合作用的分子。随着大气中二氧化碳浓度的增加，植物进行更多的光合作用并生长得更多。
更多的二氧化碳并不一定对地球有益——这个想法通常被称为“全球绿化” 。植物可以进行多少光合作用是有自然限制的。植物需要水和养分才能生长，而这些投入的供应是有限的。随着二氧化碳浓度的升高，植物利用它的能力会下降——这种效应被称为二氧化碳饱和度。然而，就目前而言，气候变化已将东北地区树木的生长季节延长了约 10 至 14 天。在我的年轮研究中，我们经常看到树木现在的直径增长比过去大得多。
这种效果在幼树中尤为明显，但我们在老树中也能看到。这很了不起，因为老树的生长应该放缓，而不是加速。西方国家的科学家甚至注意到，在 4000 多年历史的狐尾松——世界上最古老的树木——中出现了这种加速现象。
当生长季节结束并且树木停止光合作用时，秋天的颜色就会出现。树木停止产生叶绿素，即叶子中的绿色色素，可吸收阳光中的能量。这使得叶子中的类胡萝卜素（橙色）和叶黄素（黄色）色素出现。叶子还会产生第三种色素花青素，它会产生红色。更长的生长季节可能意味着秋天的颜色出现得更晚——而且它也会使这些颜色变得暗淡。
树木的变化组合
气候并不是影响秋天颜色的唯一因素。森林中的树种类型是一个更大的因素，美国东部的森林构成在过去的一个世纪里发生了巨大的变化。
值得注意的是，与20 世纪初相比，今天的东部森林拥有更多的物种，例如红枫、黑桦、郁金香和黑胶。这些树耐阴，通常在既不太湿也不太干的条件下生长。它们还在秋季产生强烈的红色和黄色显示。
这种转变始于 1930 年代，当时联邦机构采取了要求迅速扑灭所有野火而不是让一些野火燃烧的政策。当时，美国东部的大部分地区以适应火的橡树、松树和山核桃树为主。如果十年不发生一两次火灾，这些物种就无法再生并最终衰落，从而使红枫等更耐阴、对火敏感的树木入侵。
有证据表明，由于气候变暖、降水增加和灭火，美国东部的一些树种正在向北部和西部迁移。随着地区增加或减少特定物种，这种趋势可能会影响秋天的颜色。特别是，研究表明，糖槭（最好的颜色产生树之一）的范围正在向北转移到加拿大。
森林面临压力
到目前为止，很明显变暖已经导致东部大部分地区的高峰颜色延迟，从宾夕法尼亚州的几天到新英格兰的两周。目前尚不清楚这种延迟是否使秋天的颜色不那么强烈或持续时间更短。
但我在过去 35 年观察到，当非常温暖和潮湿的天气持续到 10 月中旬和下旬时，叶子通常会从绿色变为暗色或直接变为棕色，尤其是在突然霜冻的情况下。今年，几乎没有强烈的红叶，这表明温暖已经干扰了花青素的生产。一些经典的红色生产商，如红枫和猩红色橡木，正在生产黄叶。