Foredune Texture: Landscape Metrics and Climate

Abstract

Coastal dunes are sensitive ecosystems because of their location at the juncture of terrestrial, marine, and atmospheric environments. This is especially the case for foredunes and the vegetation they support. Considerable attention is paid to the characteristics of foredunes and dune vegetation, but there has been no systematic study of patterns of bare sand on foredune surfaces—foredune textures—and the climate variables controlling those patterns. We used landscape metrics to quantify foredune textures for twenty-two coastal locations in the contiguous United States and cluster analysis to classify textures using those metrics. Four types of texture were identified: (1) active, where bare sand averages more than 80 percent of the dune surface and sand patches are close together; (2) composite, with about 50 percent bare sand area and sand patches that are close together and of minimal complexity; (3) aggregated, where bare sand is about 23 percent of the surface and the sand patches are moderately adjacent, of relatively low complexity, and relatively far apart; and (4) inactive, where the bare sand averages about 6 percent of the surface and the patches are complex in shape and widely spaced. These types are discernible using four climate variables. We used those variables to derive multiple regression models to predict key landscape metrics and use Intergovernmental Panel on Climate Change climate predictions to forecast changes in foredune textures through the twenty-first century. We find that vegetation cover should increase at 82 percent of our sites.

沿海沙丘位于大陆、海洋和大气环境的交界处, 因此是敏感的生态系统。对于前滩沙丘和其所支持的植被而言更是如此。已有诸多研究,关注前滩沙丘和沙丘植被, 但对于沙丘表面的裸沙形式——意即前滩沙丘的纹理, 以及控制这些形式的气候变因, 却尚未有系统性的研究。我们运用地景指标, 对美国大陆二十二处沿海地点前滩沙丘的纹理进行量化, 并运用该指标, 以集群分析来分类这些纹理。我们指认了四种纹理类型: (1) 活动纹理, 其中沙丘表面高于百分之八十是裸沙, 且沙斑非常接近; (2) 复合纹理, 其中约百分之五十的面积是裸沙、沙斑非常接近, 并有着极小的复杂性; (3) 集料纹理, 其中约百分之二十三的表面是裸沙, 且沙斑适度地相互毗连, 抑或相对而言较不复杂且相互分离; (4) 非活动纹理, 其表面约百分之六是裸沙, 沙斑的形状则相当复杂, 且相隔甚远。运用四个气候变因, 可以识别上述各种类型。我们使用这些变因导出多重迴归模型, 以预测主要的地景指标, 并运用政府间气候变迁专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change) 的气候预测, 预报二十一世纪的前滩沙丘纹理。研究发现, 我们的研究地点的植被覆盖应增加百分之八十二。

Las dunas costeras son ecosistemas sensibles debido a su localización en el punto de contacto de ambientes terrestres, marinos y atmosféricos. Tal es especialmente el caso de las dunas frontales y de la vegetación que en ellas crece. A las características de las dunas frontales y a la vegetación de duna se les presta considerable atención, pero aun así no se ha realizado un estudio sistemático de los patrones que se desarrollan en la arena desnuda sobre la superficie de las dunas frontales—texturas de las dunas frontales—y sobre las variables climáticas que controlan tales patrones. Utilizamos métricas de paisaje, para cuantificar las texturas de dunas frontales en veintidós sitios costeros de los Estados Unidos contiguos, y análisis de aglomeración para clasificar las texturas a partir de aquellas métricas. Se identificaron cuatro tipos de textura: (1) activo, donde la arena desnuda promedia más del 80 por ciento de la superficie dunar y los parches de arena aparecen juntos; (2) compuesto, con cerca del 50 por ciento de área de arena desnuda y donde los parches de arena están muy juntos y exhiben mínima complejidad; (3) agregado, donde la arena limpia es de cerca del 23 por ciento de la superficie y los parches de arena están moderadamente adyacentes, con relativamente baja complejidad y bien separados; y (4) inactivo, donde la arena desnuda promedia cerca del 6 por ciento de la superficie y los parches son de figura compleja y ampliamente espaciados. Estos tipos son discernibles a partir del uso de cuatro variables climáticas. Aplicamos esas variables para derivar modelos de regresión múltiple con los cuales predecir métricas de paisaje claves y usar las predicciones climáticas del Panel Intergubernamental de Cambio Climático para pronosticar cambios en la textura de las dunas frontales a lo largo del siglo XXI. Descubrimos que la cubierta vegetal debe incrementarse en el 82 por ciento de nuestros sitios de estudio.

Key Words:

• climate change
• coastal dune vegetation
• Fragstats
• landscape ecology

关键词:

• 气候变迁
• 沿海沙丘植被
• 景观指数分析软件 (Fragstats)
• 地景生态

Palabras clave:

• cambio climático
• vegetación de dunas costeras
• Fragstats
• ecología de paisaje.

Acknowledgments

The authors appreciate the comments and suggestions made by Jean Ellis and Eugene Farrell and two anonymous referees concerning a previous version of this article. Their input was valuable for our revisions, but responsibility for errors or omissions rests solely with us.