DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-025-07601-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39896849
تاريخ النشر: 2025-01-30
المؤلف: Tatiana Bebchuk وآخرون
الموضوع الرئيسي: استجابات المناخ من حلقات الأشجار
نظرة عامة
تناقش هذه الورقة البحثية تأثير الاحترار العالمي الناتج عن الأنشطة البشرية على موجات الحرارة والجفاف الصيفي في أوروبا، مع التأكيد على الحاجة إلى إعادة بناء المناخ لوضع الاتجاهات الحديثة في سياقها. يقدم المؤلفون شبكة من 153 سلسلة من عرض حلقات الأشجار (TRW) من أشجار العفص (Taxus baccata L.) عبر 22 موقعًا في جنوب إنجلترا، تمتد على مدى 310 سنوات الماضية. وجدوا ارتباطات إيجابية كبيرة بين تواريخ TRW ومجموع هطول الأمطار من أبريل إلى يوليو (معامل الارتباط $r > 0.7$) بالإضافة إلى مؤشرات الجفاف في يوليو ($r > 0.59$) منذ عام 1901 ميلادي، مما يشير إلى أن بيانات حلقات الأشجار يمكن أن تعكس بفعالية الظروف الهيدرولوجية المناخية.
باستخدام هذه التواريخ TRW، أعاد الباحثون بناء هطول الأمطار المتغير بين السنوات إلى عقود متعددة في الربيع والصيف وجفاف منتصف الصيف في غرب أوروبا، مما نجح في التقاط معظم حالات الجفاف والمطر المسجلة منذ عام 1710 ميلادي. ومن الجدير بالذكر أنهم حددوا تجمعات من الجفاف الشديد في أواخر القرن الثامن عشر ومنتصف القرن العشرين. تشير النتائج إلى أن تكرار وشدة الظروف المناخية الهيدرولوجية المتطرفة الحديثة في غرب أوروبا لا تزال متسقة مع التباين الطبيعي التاريخي، مما يوفر منظورًا حاسمًا حول التحديات المناخية الحالية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التأثيرات الشديدة للظواهر المناخية المتطرفة الحديثة في أوروبا، خاصة منذ عام 2018، والتي أدت إلى وفيات كبيرة، وخسائر اقتصادية، وانخفاض واسع في الغابات. ومن الجدير بالذكر أن جفاف الصيف في وسط أوروبا تم تصنيفه على أنه غير مسبوق على مدى 2000 سنة الماضية، مع توقعات تشير إلى زيادة في حلقات الجفاف متعددة السنوات في المستقبل. هذه الفترات الجافة المطولة لها عواقب بعيدة المدى، بما في ذلك وفاة الأشجار، وتغيرات في نظم الغابات البيئية، واحتمالية انقراض الأنواع. في الوقت نفسه، أصبحت أحداث الهطول الشديد أكثر تكرارًا، مما يشكل مخاطر على جودة المياه العذبة ويزيد من احتمالية الفيضانات المفاجئة، كما يتضح من الأحداث الكارثية الأخيرة في ألمانيا وإسبانيا.
لتحسين فهم الظواهر المناخية الهيدرولوجية الحديثة وتحسين محاكاة نماذج المناخ، يؤكد المؤلفون على ضرورة وضع الظروف الحديثة في سياق البيانات التاريخية. بينما تعود السجلات الجوية النظامية في غرب أوروبا إلى القرن السابع عشر، فإن موثوقيتها تتعرض للخطر بسبب ندرة البيانات وعدم دقة الملاحظات المبكرة. وبالتالي، يدعو المؤلفون إلى استخدام إعادة بناء المناخ المعتمدة على المؤشرات، وخاصة من خلال تواريخ حلقات الأشجار، لتمديد هذه السجلات إلى ما قبل العصر الصناعي. تناقش المقدمة أيضًا إمكانية استخدام العفص الأوروبي (Taxus baccata L.) كمصدر جديد للدراسات المناخية الحلقية، مشيرة إلى أنماط نموه غير المنتظمة والحاجة إلى مزيد من الاستكشاف لإشاراته المناخية. يقدم المؤلفون شبكة من تواريخ عرض حلقات أشجار العفص (TRW) من جنوب إنجلترا، بهدف إعادة بناء المناخ الهيدرولوجي في غرب أوروبا على مدى الثلاثة قرون الماضية وتحليل أحداث الجفاف والمطر الحديثة في ضوء هذا التباين التاريخي.
الطرق
في هذه الدراسة، تم جمع البيانات من 186 شجرة عفص عبر 22 موقعًا في جنوب إنجلترا على مدى عدة حملات أخذ عينات من 1999 إلى 2022. استخدم الباحثون أنوية بسمك 5 مم وعينات أقراص بسمك يصل إلى 5 سم، والتي تم تلميعها وقياسها لعرض حلقات الأشجار (TRWs) بدقة تبلغ 0.001 مم باستخدام برامج متخصصة. نظرًا للتعقيدات في التأريخ المتقاطع الناتجة عن الميزات التشريحية للخشب، تم استخدام طرق بصرية وإحصائية إضافية، بما في ذلك استخدام TSAPWin وCDendro وCOFECHA. تم بناء تسلسل TRW لكل موقع، مع استبعاد العينات ذات الارتباط المنخفض بالتسلسل الرئيسي، وتم تطوير تسلسل رئيسي على مستوى الشبكة، والذي تم بعد ذلك إزالة الاتجاهات منه باستخدام دوال السبلين.
كشفت التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين تسلسل TRW المتبقي ومجموع هطول الأمطار من أبريل إلى يوليو (p < 0.05)، بينما أظهر التسلسل القياسي ارتباطات قوية مع مؤشر هطول الأمطار-التبخر القياسي في يوليو (scPDSI). لتقييم الاستقرار الزمني لهذه العلاقات، تم حساب معاملات الارتباط المتحركة لمدة 30 عامًا ومعاملات الارتباط الذاتي المتأخرة. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء خرائط الارتباط المكاني لفحص العلاقات بين تواريخ TRW ومعلمات المناخ، مما أدى إلى تطوير إعادة بناء هيدرولوجية مزيفة مستقلة.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول شبكة عرض حلقات شجرة العفص (TRW) من جنوب إنجلترا عن تماسك قوي في النمو بين السلاسل، مع ارتباطات عبر التسلسل تتراوح من 0.48 إلى 0.83. من بين 186 عينة، تم تضمين 153 في التسلسل النهائي، الذي يمتد من 1710 إلى 2020 ميلادي. يبلغ متوسط معدل نمو السلاسل الفردية 1.4 مم، مع متوسط طول مقطع يبلغ 132 عامًا. يظهر التسلسل تكرارًا متغيرًا للعينات، حيث بلغ ذروته عند 130 عينة في السبعينيات. يظهر التسلسل الخام متوسط ارتباط بين السلاسل (Rbar) قدره 0.25 وإشارة سكانية معبرة (EPS) قدرها 0.91، مما يشير إلى جودة بيانات قوية.
تشير تحليلات الارتباط إلى أن نمو العفص يتأثر إيجابيًا بارتفاع هطول الأمطار في الربيع والصيف، خاصة من أبريل إلى يوليو، مع ملاحظة أقوى ارتباط لهطول الأمطار الكلي عبر هذه الأشهر. يظهر تسلسل الانحراف المعياري (STD) ارتباطات كبيرة مع مؤشر شدة جفاف بالمر الذاتي المعاير (scPDSI)، خاصة في يوليو، بينما يرتبط تسلسل المتبقي (RES) بشكل أقوى مع مجموع هطول الأمطار. تم تقييم طرق إزالة الاتجاهات، مما كشف أن استخدام سبلين لمدة 30 عامًا يوفر أكثر الارتباطات استقرارًا على مر الزمن، على الرغم من أنه قد يخفي الاتجاهات طويلة الأجل. تقدم الدراسة أيضًا إعادة بناء المناخ الهيدرولوجي لهطول الأمطار AMJJ ومؤشر scPDSI في يوليو من 1710 إلى 2020، مع تسليط الضوء على فترات الجفاف الشديد والظروف الرطبة، مع حدوث extremes ملحوظة في سنوات معينة. بشكل عام، تؤكد النتائج تأثير المناخ على نمو العفص وتوفر رؤى قيمة حول الظروف الهيدرولوجية التاريخية في جنوب إنجلترا.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الخصائص الفريدة لنمو أشجار العفص (Taxus baccata)، مشيرة إلى نموها البطيء وطول عمرها، مما يتناقض مع معدل النمو السنوي الملحوظ (AGR) البالغ 1.4 مم في الدراسة، وهو أعلى قليلاً من أشجار العفص في منتصف الهولوسين في شرق إنجلترا. تحدد الدراسة زيادة كبيرة في معدلات نمو العفص منذ السبعينيات، والتي من المحتمل أن تكون مرتبطة بارتفاع درجات الحرارة في الربيع والصيف، بينما يبقى هطول الأمطار عاملاً حاسمًا يؤثر على عرض حلقات الأشجار (TRW). تشير النتائج إلى أن الاحترار الناتج عن الأنشطة البشرية الحالي قد يعزز نمو العفص ولكنه قد يقصر أيضًا من عمرها بسبب زيادة إنتاجية الكتلة الحيوية.
علاوة على ذلك، تؤسس الأبحاث أشجار العفص كمؤشر جديد لإعادة بناء المناخ الهيدرولوجي، كاشفة عن ارتباطات قوية بين TRWs العفص ومجموع هطول الأمطار. تشير إعادة بناء الدراسة لهطول الأمطار AMJJ ومؤشر scPDSI في يوليو إلى أن هطول الأمطار يلعب دورًا أكبر من درجة الحرارة في تحديد scPDSI في المناخ المحيطي الرطب في جنوب إنجلترا. على الرغم من أن إعادة البناء تلتقط معظم الظواهر المناخية الهيدرولوجية المتطرفة، فإن التناقضات مع البيانات التاريخية تبرز تأثير العوامل الحيوية وغير الحيوية على نمو العفص. تختتم التحليلات بالقول إنه على الرغم من أن تكرار الجفاف الحديث ليس غير مسبوق، فإن حساسية العفص تجاه هطول الأمطار قد زادت، مما يشير إلى أن التغيرات المناخية المستمرة قد تفاقم من ضغط الجفاف في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-025-07601-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39896849
Publication Date: 2025-01-30
Author(s): Tatiana Bebchuk et al.
Primary Topic: Tree-ring climate responses
Overview
This research paper section discusses the impact of anthropogenic global warming on heatwaves and summer droughts in Europe, emphasizing the need for climate reconstructions to contextualize modern trends. The authors present a network of 153 tree-ring width (TRW) series from yew trees (Taxus baccata L.) across 22 sites in southern England, spanning the last 310 years. They found significant positive correlations between TRW chronologies and April-July precipitation totals (correlation coefficient $r > 0.7$) as well as July drought indices ($r > 0.59$) since 1901 CE, indicating that tree-ring data can effectively reflect hydroclimatic conditions.
Using these TRW chronologies, the researchers reconstructed interannual to multi-decadal spring-summer precipitation and mid-summer drought variability for western Europe, successfully capturing the majority of documented summer droughts and pluvials since 1710 CE. Notably, they identified clusters of severe droughts in the late 18th and mid-20th centuries. The findings suggest that the frequency and intensity of recent hydroclimatic extremes in western Europe remain consistent with historical natural variability, providing a crucial perspective on current climate challenges.
Introduction
The introduction highlights the severe impacts of recent climate extremes in Europe, particularly since 2018, which have resulted in significant mortality, economic losses, and extensive forest dieback. Notably, central European summer droughts have been characterized as unprecedented over the last 2000 years, with projections indicating an increase in multi-year drought episodes in the future. These prolonged dry periods have far-reaching consequences, including tree mortality, alterations in forest ecosystems, and potential species extinction. Concurrently, extreme precipitation events are becoming more frequent, posing risks to freshwater quality and increasing the likelihood of flash floods, as evidenced by recent catastrophic events in Germany and Spain.
To enhance the understanding of modern hydroclimatic extremes and improve climate model simulations, the authors emphasize the necessity of contextualizing recent conditions with historical data. While systematic meteorological records in western Europe date back to the 17th century, their reliability is compromised by data scarcity and early observational inaccuracies. Consequently, the authors advocate for the use of annually resolved, proxy-based climate reconstructions, particularly through tree-ring chronologies, to extend these records into the pre-industrial era. The introduction also discusses the potential of European yew (Taxus baccata L.) as a new source for dendroclimatological studies, noting its irregular growth patterns and the need for further exploration of its climate signals. The authors present a network of yew tree-ring width (TRW) chronologies from southern England, aiming to reconstruct western European hydroclimate over the past three centuries and analyze recent drought and pluvial events in light of this historical variability.
Methods
In this study, data were collected from 186 yew trees across 22 sites in southern England over multiple sampling campaigns from 1999 to 2022. The researchers utilized 5 mm increment cores and up to 5 cm thick disc samples, which were polished and measured for tree-ring widths (TRWs) with a precision of 0.001 mm using specialized software. Due to complications in cross-dating caused by wood anatomical features, additional visual and statistical methods were employed, including the use of TSAPWin, CDendro, and COFECHA. A TRW chronology was constructed for each site, excluding samples with low correlation to the master chronology, and a network-wide master chronology was developed, which was subsequently detrended using spline functions.
The analysis revealed significant correlations between the TRW residual chronology and April–July precipitation totals (p < 0.05), while the standard chronology showed strong correlations with July standardized precipitation-evapotranspiration index (scPDSI). To assess the temporal stability of these relationships, 30-year moving correlation coefficients and lagged autocorrelation coefficients were calculated. Additionally, spatial correlation maps were generated to examine the relationships between the TRW chronologies and climate parameters, leading to the development of two pseudo-independent hydroclimate reconstructions.
Results
The results of the study on the yew tree ring width (TRW) network from southern England reveal a strong inter-series growth coherency, with cross-chronology correlations ranging from 0.48 to 0.83. Out of 186 samples, 153 were included in the final chronology, which spans from 1710 to 2020 CE. The average growth rate of individual series is 1.4 mm, with a mean segment length of 132 years. The chronology shows variable sample replication, peaking at 130 samples in the 1970s. The raw chronology demonstrates a mean inter-series correlation (Rbar) of 0.25 and an expressed population signal (EPS) of 0.91, indicating robust data quality.
Correlation analyses indicate that yew growth is positively influenced by high spring and summer precipitation, particularly in April through July, with the strongest correlation observed for total precipitation across these months. The Standard Deviation (STD) chronology shows significant correlations with the self-calibrating Palmer Drought Severity Index (scPDSI), particularly in July, while the Residual (RES) chronology correlates more strongly with precipitation totals. Detrending methods were assessed, revealing that a 30-year spline provided the most stable correlations over time, although it may obscure long-term trends. The study also presents hydroclimate reconstructions for AMJJ precipitation and July scPDSI from 1710 to 2020, highlighting periods of extreme drought and wet conditions, with notable extremes occurring in specific years. Overall, the findings underscore the influence of climate on yew growth and provide valuable insights into historical hydroclimatic conditions in southern England.
Discussion
The discussion highlights the unique growth characteristics of yew trees (Taxus baccata), noting their slow growth and longevity, which contrasts with the observed annual growth rate (AGR) of 1.4 mm in the study, slightly higher than mid-Holocene yews in eastern England. The study identifies a significant increase in yew growth rates since the 1970s, likely linked to rising spring-summer temperatures, while precipitation remains a critical factor influencing tree-ring width (TRW). The findings suggest that current anthropogenic warming may enhance yew growth but could also shorten their lifespan due to increased biomass productivity.
Furthermore, the research establishes yew trees as a new proxy for hydroclimate reconstructions, revealing strong correlations between yew TRWs and precipitation totals. The study’s reconstructions of AMJJ precipitation and July standardized precipitation-evapotranspiration index (scPDSI) indicate that precipitation plays a more significant role than temperature in defining scPDSI in southern England’s humid oceanic climate. Although the reconstructions capture most hydroclimate extremes, discrepancies with historical data highlight the influence of biotic and abiotic factors on yew growth. The analysis concludes that while recent drought frequencies are not unprecedented, the sensitivity of yews to precipitation has increased, suggesting that ongoing climatic changes may exacerbate drought stress in the region.