Hotter Drought as a Disturbance at Upper Treeline in the Southern Rocky Mountains

Abstract

As we progress into the Anthropocene, rising temperatures have amplified evaporative demand and rendered heat-induced drought stress, or hotter drought, as the hallmark of climate change moving forward. It remains unknown, however, whether upper treeline environments have been affected. For this study, we grouped previously published and unpublished data from study sites within the southern Rocky Mountains by slope aspect to provide a possible baseline for what we expect for the Anthropocene. We returned to and resampled some of these study sites in the summer of 2019 after twelve years of sharply rising temperatures to measure patterns of seedling establishment. We also returned to a high-elevation site after seventeen years of warming to perform repeat photography in an attempt to capture visual evidence of threshold changes since 2002 in a location where little change had occurred during the twentieth century. Results from this research can be summarized into two main findings: (1) trends in recruitment over the past thirty years suggest that north-facing slopes are increasingly hospitable for successful seedling establishment compared to south-facing slopes at upper treeline and (2) spruce beetle–induced mortality is evident at upper treeline. Conceptually, this means that hotter drought could be progressively enveloping upper treeline along topoclimatic gradients. Unless ongoing trends in temperature deviate from expectations or unless precipitation increases considerably, there is little reason to justify the idea that upper treeline will continue to respond positively to hotter drought conditions during the Anthropocene, especially on south-facing slopes in the Northern Hemisphere.

在人类世, 温度上升增加了蒸发的需求, 导致热引起的干旱（热干旱）, 标志了气候变化的演进。但是, 我们仍然不清楚上行树线环境是否受到影响。我们把已发表和未发表的落基山脉南部的站点数据, 按照坡度方位进行分组, 提供了一个人类世所期待的可能基线。历经12年的气温急剧上升后, 我们于2019年夏天返回并对部分站点进行重采样, 测量了幼苗成熟的模式。经过17年气候变暖后, 我们还回到一个在21世纪几乎没有变化的高海拔站点, 进行了摄影, 旨在获取自2002年起阈值变化的可视化证据。研究有两个重大发现：（1）过去30年的趋势表明, 在上行树线, 同南坡相比, 北坡越来越适宜树苗成长, （2）在上行树线, 云杉甲虫导致的树苗死亡非常明显。概念上讲, 这意味着热干旱可能沿着地形气候曲线逐渐席卷了上行树线。在人类世, 尤其是北半球南坡, 除非气温变化偏离预计趋势或者降水量大幅提高, 没有理由认为上行树线会对热干旱持续呈正态反馈。

A medida que avanzamos en el Antropoceno, las temperaturas en aumento han ampliado la demanda evaporativa y producido estrés de sequía inducido por el calor, o sequía más cálida, como sello distintivo del cambio climático en marcha. Sin embargo, sigue sin saberse si los entornos por encima de la línea arbórea han sido afectados. Para este estudio, agrupamos datos anteriores publicados e inéditos sobre sitios del estudio dentro de las Montañas Rocosas meridionales, según el aspecto de la pendiente, para establecer una posible línea de fondo sobre lo que nosotros esperamos para el Antropoceno. Volvimos allí e hicimos de nuevo el muestreo de algunos de los sitios del estudio en el verano de 2019, después de doce años de alto incremento de las temperaturas, para medir los patrones de arraigo de plántulas. Regresamos también a un sitio de mayor elevación, después de diecisiete años de calentamiento, para tomar fotografía de repetición en un intento por captar evidencia visual de cambios de umbral desde 2002, en una localización donde poco cambio había ocurrido durante el siglo XX. Los resultados de esta investigación pueden resumirse en dos descubrimientos principales: (1) las tendencias de reclutamiento durante los pasados treinta años sugieren que las laderas que miran al norte son crecientemente hospitalarias para el exitoso arraigo de plántulas en comparación con las laderas que miran hacia el sur en la línea arbórea más alta, y (2) la mortalidad de pícea inducida por escarabajos es evidente en la línea arbórea superior. Conceptualmente, esto significa que la sequía más cálida podría estar envolviendo progresivamente la línea arbórea más alta a lo largo de gradientes topoclimáticos. A menos que las tendencias actuales en temperatura se desvíen de las previsiones, o a menos que las precipitaciones se incrementen considerablemente, hay poca razón para justificar la idea de que la alta línea arbórea continuará respondiendo de manera positiva a condiciones de sequía más cálidas durante el Antropoceno, especialmente en las laderas que miran hacia el sur en el hemisferio norte.

Key Words:

• climate change
• hotter drought
• Rocky Mountains
• slope aspect
• treeline

关键词:

• 气候变化
• 热干旱
• 落基山脉
• 坡度方位
• 树线
• 。

Palabras clave:

• aspecto de la ladera
• cambio climático
• línea arbórea
• Montañas Rocosas
• sequía más cálida

Additional information

Notes on contributors

Grant P. Elliott

GRANT P. ELLIOTT is an Associate Professor of Geography, University of Missouri, Columbia, MO 65211. E-mail: [email protected]. He is a biogeographer interested in studying ecological responses to climate change.

Sydney N. Bailey

SYDNEY N. BAILEY is a Graduate Student in the Department of Geography, University of Missouri, Columbia, MO 65211. E-mail: [email protected]. Her research focuses on climate–vegetation interactions in the U.S. Rocky Mountains.

Steven J. Cardinal

STEVEN J. CARDINAL is a Graduate Student in the Department of Geography, University of Missouri, Columbia, MO 65211. E-mail: [email protected]. His research interests are repeat photography and subalpine forests in the U.S. Rocky Mountains.