《Global and Planetary Change》：Identifying hurricane and sea-level rise signatures in coastal oak forests of the Northeastern United States using a multi-parameter approach
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本研究评估了纽约和罗德岛沿海橡树林树轮记录对飓风及海平面上升的响应，分析树轮宽度、早晚材宽度和木质部腔室面积比例的变化。结果显示，重大飓风后一年树轮宽度和早晚材宽度显著下降，而木质部腔室面积比例增加，表明飓风对树木生长和生理功能有显著影响。同时发现树径增长与海平面异常负相关，强调海平面上升对沿海生态系统的威胁。
N.K. Davi|L. Andreu-Hayles|C. Leland|A. Pacheco-Solana|M.P. Rao|E.R. Cook|N. Pederson
美国新泽西州韦恩市威廉帕特森大学环境科学系，邮编07470
摘要
气候变化正在加剧飓风的强度。了解过去风暴事件对森林的影响为近期和预测中的飓风活动变化提供了重要的历史背景。飓风带来的强风、洪水和海水淹没会损害树木的树冠和根部，这些影响会在不同树木年轮参数中留下明显的痕迹。在此，我们评估了美国纽约和罗德岛三个沿海橡树林中，大型风暴（2-5级）对树木年轮宽度记录的影响。我们还分析了纽约蒙托克的额外参数（早材/晚材宽度和解剖特征），以更好地理解风暴特征如何在不同树木年轮特征中表现出来。研究发现，在大型飓风事件发生后的年份，年轮宽度（RW）和晚材宽度（LW）显著减少，而管腔面积与总年轮面积的比率（LAR）增加。这些结果表明飓风对沿海橡树的生长和生理功能有显著影响。此外，当结合使用RW和LAR时，识别飓风的准确性提高，这表明有可能在历史记录之前重建飓风事件。
引言
飓风是最具破坏性的自然灾害之一，预计在持续的气候变暖下其强度会增加（Knutson等人，2010年；Sobel等人，2016年；Emanuel，2021年）。包括纽约大都会区在内的美国东北部地区，位于许多从热带地区沿东海岸移动的历史飓风路径上（图1a）。根据NOAA的历史飓风路径数据库，自1856年有记录以来，有六次3级飓风（风速为178-208公里/小时）经过或登陆纽约大都会区250公里范围内的地区（表1；NOAA的历史飓风路径，2022年；Saffir，1973年；Simpson，1974年）。3级飓风被认为是“毁灭性的”，经常对基础设施和生态系统造成严重破坏（NOAA，2012年）。在同一时期，还发生了九次2级飓风，风速达到154-177公里/小时，这些飓风也被认为极其危险且具有破坏性。
树木年轮和其他古风暴学记录对于重建历史飓风和其他风暴事件非常有价值，使我们能够更好地了解这些事件的发生及其对生态系统的影响。树木年轮记录可以捕捉到年轮中的环境干扰，如干旱、火灾和虫害爆发（例如，Cook和Jacoby，1977年；Pederson等人，2013年；Margolis等人，2022年；Speer等人，2022年），并且还可以记录飓风事件，因为强风和风暴潮会对树冠和树枝造成损害，从而导致年轮宽度减少。例如，对墨西哥湾沿岸生长的Pinus elliottii的研究（Tucker等人，2018年，Tucker等人，2025年）显示，由于风暴潮的影响，树木的年轮宽度减少了，有些树木需要长达六年的时间才能恢复。在弗吉尼亚州中大西洋海岸生长的Pinus taeda（Fernandes等人，2018年）也显示出由于强风和风暴潮导致的生长减缓，这种影响持续了长达三年。Busby等人（2009年）研究了马萨诸塞州南部Buzzards Bay的Naushon岛上的Fagus grandifolia、Quercus alba和Quercus velutina，得出结论认为大多数飓风对树木年轮宽度的影响很小，只有1944年那次特别具有破坏性的3级飓风是个例外。高分辨率的木材解剖记录还可以记录生态和气候干扰及其对树木生理功能的影响（例如，Castagneri等人，2020年；Ziemińska等人，2023年；De Micco等人，2019年）。尽管飓风事件对不同物种木材解剖特征的影响尚未在包括美国东北部在内的各种海洋生态系统中得到广泛研究，但已经研究了管腔面积及其与水力传导性的关系（Ziemińska等人，2023年；Drew，1998年）。
总体而言，尽管美国东北部地区极易受到这些灾难性风暴事件的影响（Boose等人，2001年），但关于飓风对美国东北部沿海森林树木年轮记录的具体影响的研究仍然有限。这些森林由于靠近海洋且位于飓风袭击频率最高的地区，因此特别容易受到飓风损害。1900年至2010年间，这些地区共发生了7-9次飓风袭击（NWS，2012年；Kunkel等人，2013年，图S1a）。此外，这些森林还受到海平面上升和风暴潮引起的土壤条件变化的影响，这可能单独构成威胁或加剧飓风对树木生长的负面影响（Hall等人，2022年；Raphael，2014年）。总体而言，这些森林是高度脆弱的生态系统（Butler-Leopold等人，2018年；Swanston等人，2018年），并且越来越多地出现死亡或濒临死亡的树木——通常被称为“幽灵森林”——沿着东北海岸的森林-沼泽生态边界随处可见（Able等人，2018年；Kirwan和Gedan，2019年；Sacatelli等人，2020年；Tucker和Pearl，2021年）。
在这里，我们评估了东北部橡树林（Quercus属）树木年轮记录对飓风事件和海平面上升的敏感性，以及它们对气候变化的敏感性，以考虑其他潜在的生长变异性来源。我们研究了纽约长岛两个沿海平原地区和罗德岛一个沿海平原硬木森林的树木（图1b，表2，Anderson等人，2013年），并分析了多个树木年轮参数，包括年轮宽度、早材和晚材宽度以及木材解剖特征。由于树木年轮对飓风损害的敏感性，数百年的森林不仅有助于我们了解19世纪中叶飓风记录开始之前的飓风历史和空间影响，还有助于理解树木生长、气候和海平面上升可能带来的影响之间的关系。
章节片段
树木年轮研究地点
我们在纽约蒙托克（Montauk，NY）、马肖马克（Mashomack，NY）和罗德岛纽波特（Newport，RI）建立了年轮宽度记录，并为蒙托克站点开发了额外的代理指标（如下所述），这是最近采样的站点（图1b，表2）。蒙托克位于长岛南叉的最东端，拥有大约1346公顷的受保护土地，当地称为“Hither Woods”。这些森林主要由橡树物种组成，其间混杂着其他硬木树种。
飓风特征：年轮宽度
在所有分析的飓风事件中，有四次是3级飓风，在进入搜索范围并登陆纽约长岛的我们的站点（特别是蒙托克和马肖马克）时。这些飓风包括1869年的未命名飓风、1938年的未命名飓风、1944年的未命名飓风和1954年的Carol飓风（表1，图1）。另外两次3级飓风，Edna（1954年）和Bob（1991年），虽然没有登陆长岛，但沿着东海岸移动。其中最显著的飓风是1938年的飓风。
结论
我们的研究表明，来自纽约和罗德岛几个沿海地区的橡树（Quercus属）以及马萨诸塞州的一个山毛榉站点（Fagus grandifolia）的年轮宽度记录，捕捉到了19世纪和20世纪的重大历史飓风事件。这表现为年轮宽度和晚材宽度的显著减少，以及蒙托克站点在飓风过后一年的管腔面积比率相对较高。结合使用这些多参数方法，可以
作者贡献声明
N.K. Davi：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，概念化。L. Andreu-Hayles：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，概念化。C. Leland：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，正式分析。A. Pacheco-Solana：撰写 –
资金
本出版物是由New Jersey Sea Grant Consortium资助的研究成果，资金来自NOAA的Sea Grant办公室、美国商务部 #NA22OAR4170095。声明、发现、结论和建议仅代表作者本人，并不一定反映NJSGC或USDOC的观点。我们还要感谢NSF的资助项目#2112463、#2127335和#2402658，以及Columbia Climate Center的资助项目#UR008011。L.A.H感谢PID2021-126411OB-I00项目的资助
未引用的参考文献
Burns和Honkala，1990
Copernicus Climate Change Service，2018
Fonti等人，2010
Gea-Izquierdo等人，2012
Michalczyk等人，2025
永久海平面服务（PSMSL），2024
Rita等人，2016
Speer和Kulakowski，2017
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢Montauk Downs State Park的T. Nixon、M. Gardiner、M. Urbaniak、M. Young、B. Calderon和N. Lucianin在数据开发方面的帮助，以及两位匿名审稿人的评论。
