Le vortex polaire de 2013 et 2014 a apporté l'hiver le plus froid que de nombreuses régions du Midwest aient connu depuis des décennies. Dans le comté de Dane, Wisconsin, c'était le plus froid depuis 35 ans.

Par coïncidence, ce même hiver, Christopher Latimer, étudiant diplômé de l'Université du Wisconsin à Madison, recueillait des données sur des fragments de forêts et de boisés dans tout le comté. Il voulait savoir si ces « îles » forestières créaient leurs propres climats uniques – des microclimats – et ce que cela pouvait signifier pour les oiseaux hivernants comme la mésange à tête noire.

Dans une étude récente de la revue Écographie , Latimer et son co-auteur et conseiller, UW–Madison Forest and Wildlife écologie Professeur Ben Zuckerberg, montrent que ces refuges forestiers peuvent faire la différence entre la vie et la mort pour les mésanges et leurs parents oiseaux chanteurs qui hivernent.

"Toutes nos prédictions sur le changement climatique, des changements de température aux précipitations altérées, jouer sur des différences à petite échelle dans le microclimat, et ils peuvent être aussi grands que le climat mondial, ", dit Zuckerberg.

Par exemple, Latimer et Zuckerberg ont découvert que la variabilité du microclimat était si élevée dans la zone d'étude de 30 milles - qu'ils appellent le "gradient de fragmentation" en reconnaissance de la nature mosaïque des zones boisées du comté de Dane - qu'un oiseau vivant dans une partie de la zone d'étude pourrait connaître un climat similaire à celui de Chicago tandis qu'un autre pourrait connaître des conditions plus proches de celles de Minneapolis-Saint Paul, 400 milles au nord-ouest.

Globalement, ils ont constaté que les forêts à des altitudes légèrement plus élevées, avec plus d'arbres, et ceux plus proches des centres urbains, offrir des conditions plus chaudes aux oiseaux qui tentent de survivre aux hivers glacials du sud du Wisconsin. C'est important, Latimer et Zuckerberg disent, parce que les mésanges doivent doubler la quantité d'énergie qu'elles dépensent pour se réchauffer lorsque les températures descendent en dessous de moins 18 degrés Celsius ou environ zéro degré Fahrenheit.

Zuckerberg dit que les résultats de l'étude peuvent aider les gestionnaires des terres à prioriser les efforts de conservation qui protègent et créent plus d'habitats forestiers, d'autant plus que les espèces d'oiseaux plus méridionales migrent vers le nord dans un climat qui se réchauffe.

Pour recueillir des données, Latimer a placé 68 appareils qui mesurent et enregistrent à la fois la lumière et la température dans 12 boisés forestiers du comté de Dane. Il a accroché les capteurs aux arbres, à environ 1,5 mètre du sol, situés au hasard dans les bois, de sorte qu'ils se trouvaient à des distances variables des lisières de la forêt. Entre décembre 2013 et février 2014, les capteurs ont collecté des données toutes les 30 minutes.

Les chercheurs du Wisconsin ont également évalué la végétation dans chaque boisé, car la quantité de lumière - et donc d'énergie sous forme de rayonnement solaire - que la forêt détient par la végétation chaque jour et libère chaque nuit pourrait influencer la température. Ils ont estimé la densité des arbres, largeur d'arbre mesurée autour de chaque capteur, et calculé à quelle distance chaque capteur était de la lisière du bois. L'équipe a également mesuré l'élévation relative du boisé par rapport à un point juste au-delà, la taille de chaque parcelle de forêt, et aussi la distance au centre urbain le plus proche.

Grâce à l'imagerie satellitaire, Latimer a également déterminé les caractéristiques du paysage entourant chaque boisé, calculer le pourcentage de terres agricoles, forêt et surface imperméable—trottoirs, places de parking, routes et autres éléments en asphalte ou en béton.

« Lorsque nous parlons de changement climatique, nous avons tendance à penser au climat en l'absence d'utilisation des terres, " Latimer dit. " Mais le paysage a une influence sur l'ampleur de l'effet climatique et peut l'exacerber ou l'atténuer, impactant les refuges spatiaux et temporels disponibles pour certaines espèces.

Les chercheurs ont également comparé leurs données à celles recueillies dans les stations météorologiques locales et prédites par des modèles acceptés. Les stations météorologiques sont souvent situées à l'air libre, régions plates et ne capturent pas nécessairement ce qui se passe à plus petite échelle dans les zones plus boisées.

« Nous voulions savoir dans quelle mesure les méthodes actuelles capturent les conditions locales, " dit Latimer. " Plus de la moitié du biote terrestre (vie) vit sous la canopée des forêts, et les stations météorologiques standard ne sont pas bonnes pour capturer sous la canopée."

L'étude a révélé que les températures à l'intérieur des fragments de forêt étaient systématiquement plus chaudes que celles indiquées par les modèles climatiques et ne reflètent donc pas les microclimats qui sont biologiquement importants pour certaines espèces. Les mésanges pourraient connaître une réduction de 40% de leur survie en mois avec cinq jours ou plus en dessous de moins 18 degrés Celsius, leur seuil de température d'énergie pour la survie. Alors que les stations météorologiques ont enregistré 55 jours cumulatifs en dessous de cette température au cours de la période d'étude, les capteurs de l'île forestière n'ont mesuré que 32 jours de ce type.

Les fragments de forêt plus proches des centres urbains se sont également révélés plus chauds, probablement en raison de l'effet d'îlot de chaleur urbain. Plein de béton et d'asphalte, les températures dans les villes sont souvent plus élevées que dans leurs zones non urbaines, homologues plus végétalisés. Cette, Latimer et Zuckerberg disent, signifie que le fait d'avoir des zones naturelles à l'intérieur et à proximité des villes peut fournir des " tremplins " pour le sud, oiseaux moins adaptés au froid qui survivent aux mois d'hiver.

Les chercheurs ont été très surpris de constater que les boisés à des altitudes plus élevées étaient plus chauds, ce qu'ils disent est probablement dû à un phénomène appelé pool froid, dans lequel l'air plus frais s'installe dans les zones plus basses.

Un exemple de ceci, Latimer dit, peut être vu au début du printemps sur les terrains de golf. L'herbe peut être nue mais il y a encore de la neige dans les bacs à sable car l'air froid s'accumule dans la concavité.

Tout à fait, l'étude montre que les forêts sont importantes pour les espèces cherchant refuge contre les climats rigoureux. Forêts fragmentées, cependant, sont moins efficaces pour amortir les extrêmes climatiques, Latimer et Zuckerberg disent, parce qu'ils fuient l'énergie de leurs bords dans les paysages environnants. Cela pourrait intensifier les coûts énergétiques pour les mésanges et autres espèces hivernantes.

Avec les nouvelles données, « les gestionnaires des terres peuvent surveiller certaines espèces en termes de gestion du microclimat, " dit Zuckerberg, "et travailler pour avoir moins de fragmentation, végétation différente, ou localiser des refuges ou des parcs dans des endroits qui favorisent la survie des espèces. »