De polaire vortex van 2013 en 2014 bracht de koudste winter die veel delen van het Midwesten in decennia hadden meegemaakt. In Dane County, Wisconsin, het was de koudste in 35 jaar.

Per toeval, diezelfde winter, Christopher Latimer, afgestudeerde student van de University of Wisconsin-Madison, verzamelde gegevens in fragmenten van bossen en bospercelen in de hele provincie. Hij wilde weten of deze 'boseilanden' hun eigen unieke klimaten creëerden - microklimaten - en wat dat zou kunnen betekenen voor overwinterende vogels zoals de mees met zwarte kaken.

In een recente studie in het tijdschrift Ecografie , Latimer en zijn co-auteur en adviseur, UW-Madison bos- en natuurecologie Professor Ben Zuckerberg, laten zien dat deze schuilplaatsen in het bos het verschil kunnen betekenen tussen leven en dood voor mezen en hun overwinterende verwanten van zangvogels.

"Al onze voorspellingen over klimaatverandering, van wisselende temperaturen tot veranderde neerslag, spelen over kleinschalige verschillen in microklimaat, en ze kunnen net zo groot zijn als het mondiale klimaat, ', zegt Zuckerberg.

Bijvoorbeeld, Latimer en Zuckerberg ontdekten dat de variabiliteit van het microklimaat zo hoog was binnen het 30-mijls studiegebied - dat zij de "fragmentatiegradiënt" noemen als erkenning voor de mozaïekaard van beboste gebieden in Dane County - dat een vogel die in een deel van het studiegebied leeft zou een klimaat kunnen ervaren dat vergelijkbaar is met Chicago, terwijl een ander omstandigheden kan ervaren die meer lijken op die in Minneapolis-Saint Paul, 400 mijl naar het noordwesten.

Algemeen, ontdekten ze dat bossen op iets grotere hoogte, met meer bomen en die dichter bij stedelijke centra, zorgen voor warmere omstandigheden voor vogels die koude winters in het zuiden van Wisconsin proberen te overleven. Dit is belangrijk, Latimer en Zuckerberg zeggen:omdat mezen de hoeveelheid energie die ze verbruiken moeten verdubbelen om warm te blijven wanneer de temperatuur daalt tot onder de min 18 graden Celsius of ongeveer nul graden Fahrenheit.

Zuckerberg zegt dat de onderzoeksresultaten landbeheerders kunnen helpen prioriteit te geven aan instandhoudingsinspanningen die meer bebost leefgebied beschermen en creëren. vooral omdat meer zuidelijke vogelsoorten naar het noorden migreren in een opwarmend klimaat.

Om gegevens te verzamelen, Latimer plaatste 68 apparaten die zowel licht als temperatuur meten en registreren in 12 beboste bospercelen in Dane County. Hij hing de sensoren aan bomen, ongeveer 1,5 meter van de grond, willekeurig verspreid door het bos, zodat ze zich op verschillende afstanden van de bosranden bevonden. Tussen december 2013 en februari 2014, de sensoren verzamelden elke 30 minuten gegevens.

De Wisconsin-onderzoekers beoordeelden ook de vegetatie in elke bosperceel, omdat hoeveel licht - en dus energie in de vorm van zonnestraling - het bos elke dag vasthoudt via vegetatie en elke nacht vrijkomt, van invloed kan zijn op de temperatuur. Ze schatten de dichtheid van de bomen, gemeten boombreedte rond elke sensor, en berekende hoe ver elke sensor van de bosrand was. Het team heeft ook de relatieve hoogte van de bosperceel gemeten in vergelijking met een punt net daarbuiten, de grootte van elk bosgebied, en ook de afstand tot het dichtstbijzijnde stadscentrum.

Met behulp van satellietbeelden, Latimer bepaalde ook de kenmerken van het landschap rondom elke bosperceel, het berekenen van het percentage landbouwgrond, bos en ondoordringbaar oppervlak - trottoirs, parkeerplaatsen, wegen en andere asfalt- of betonelementen.

"Als we het hebben over klimaatverandering, hebben we de neiging om aan klimaat te denken zonder landgebruik, "Maar het landschap heeft wel invloed op de omvang van het klimaateffect en kan het verergeren of verzachten", zegt Latimer. invloed hebben op de ruimtelijke en temporele toevluchtsoorden die beschikbaar zijn voor bepaalde soorten."

De onderzoekers vergeleken hun gegevens ook met die verzameld op lokale weerstations en voorspeld door geaccepteerde modellen. Weerstations bevinden zich vaak in open, vlakke gebieden en leggen niet noodzakelijk vast wat er op kleinere schaal in meer beboste gebieden gebeurt.

"We wilden weten hoe goed de huidige methoden lokale omstandigheden vastleggen, " zegt Latimer. "Meer dan de helft van de terrestrische biota (leven) leeft onder bosluifels, en standaard weerstations zijn niet goed in het vastleggen onder de overkapping."

Uit de studie bleek dat de temperaturen in de bosfragmenten consequent warmer waren dan de klimaatmodellen die waren aangegeven en dus geen microklimaten weerspiegelen die biologisch significant zijn voor sommige soorten. Mezen kunnen een 40 procent reductie in overleving ervaren in maanden met vijf of meer dagen onder de min 18 graden Celsius, hun energie-voor-overlevingstemperatuurdrempel. Terwijl weerstations tijdens de onderzoeksperiode 55 cumulatieve dagen onder die temperatuur registreerden, de sensoren van het boseiland hebben slechts 32 van dergelijke dagen gemeten.

Bosfragmenten dichter bij stedelijke centra bleken ook warmer te zijn, waarschijnlijk als gevolg van het stedelijke hitte-eilandeffect. Vol beton en asfalt, temperaturen in steden zijn vaak hoger dan in hun niet-stedelijke, meer begroeide tegenhangers. Dit, Latimer en Zuckerberg zeggen:betekent dat het hebben van natuurgebieden binnen en dicht bij steden "stapstenen" kan zijn voor zuidelijke, minder aan kou aangepaste vogels die de wintermaanden overleven.

De onderzoekers waren het meest verrast toen ze ontdekten dat houtpercelen op grotere hoogte warmer waren, waarvan ze zeggen dat het waarschijnlijk te wijten is aan een fenomeen dat cold pooling wordt genoemd, waarin koelere lucht neerslaat in lager gelegen gebieden.

Een voorbeeld hiervan, Latimer zegt, te zien in het vroege voorjaar op golfbanen. Het gras mag dan wel kaal zijn, er ligt nog sneeuw in de zandvangers omdat de koude lucht zich verzamelt in de holte.

Allemaal samen, de studie toont aan dat bossen belangrijk zijn voor soorten die hun toevlucht zoeken in barre klimaten. Versnipperde bossen, echter, zijn minder effectief in het dempen van klimaatextremen, Latimer en Zuckerberg zeggen:omdat ze energie van hun randen naar de omringende landschappen lekken. Dit zou de energiekosten voor mezen en andere overwinterende soorten kunnen verhogen.

Met de nieuwe gegevens "landbeheerders kunnen voor bepaalde soorten monitoren op het gebied van microklimaatbeheer, " zegt Zuckerberg, "en werken aan minder fragmentatie, verschillende vegetatie, of zoek refugia of parken op plaatsen die het voortbestaan ​​van soorten bevorderen."