Polvirveln 2013 och 2014 gav den kallaste vintern många delar av Mellanvästern hade upplevt på decennier. I Danes län, Wisconsin, det var det kallaste det varit på 35 år.

Av en slump, samma vinter, University of Wisconsin – Madison doktorand Christopher Latimer samlade data i fragment av skogar och skogar i hela länet. Han ville veta om dessa skogs "öar" skapade sina egna unika klimat-mikroklimat-och vad det kan betyda för övervintrande fåglar som den svartklädda chickaden.

I en ny studie i tidningen Ekografi , Latimer och hans medförfattare och rådgivare, UW – Madison skogs- och djurlivsekologi Professor Ben Zuckerberg, visa att dessa skogstillflykter kan innebära skillnaden mellan liv och död för kycklingar och deras övervintrande sångfågel släktingar.

"Alla våra förutsägelser om klimatförändringar, från skiftande temperaturer till förändrad nederbörd, spela ut över småskaliga skillnader i mikroklimat, och de kan vara lika stora som det globala klimatet, "Säger Zuckerberg.

Till exempel, Latimer och Zuckerberg fann att mikroklimatvariabiliteten var så hög inom 30 mils studieområde-som de kallar "fragmenteringsgradienten" som ett erkännande av den mosaiska naturen hos skogsområden i Dane County-att en fågel lever i en del av studieområdet kan uppleva ett klimat som liknar Chicago medan ett annat kan uppleva förhållanden mer som de som finns i Minneapolis – Saint Paul, 400 mil nordväst.

Övergripande, de fann att skogar på något högre höjder, med fler träd, och de som är närmare stadskärnor, ge varmare förutsättningar för fåglar som försöker överleva kalla vintrar i södra Wisconsin. Det här är viktigt, Latimer och Zuckerberg säger, eftersom kycklingarna måste fördubbla mängden energi de förbrukar för att hålla värmen när temperaturen sjunker under minus 18 grader Celsius eller cirka noll grader Fahrenheit.

Zuckerberg säger att studieresultaten kan hjälpa markförvaltare att prioritera bevarandeinsatser som skyddar och skapar mer skogsområden, särskilt när mer sydliga fågelarter vandrar norrut i ett värmande klimat.

För att samla in data, Latimer placerade 68 enheter som mäter och registrerar både ljus och temperatur i 12 skogsområden i hela Dane County. Han hängde sensorerna från träd, cirka 1,5 meter från marken, slumpmässigt placerade i skogen så de var på olika avstånd från skogskanterna. Mellan december 2013 och februari 2014, sensorerna samlade in data var 30:e minut.

Wisconsin -forskarna bedömde också växtligheten i varje skogsslott, eftersom hur mycket ljus - och därför energi i form av solstrålning - skogen håller via vegetation varje dag och släpper ut varje natt kan påverka temperaturen. De uppskattade tätheten av träden, uppmätt trädbredd runt varje sensor, och beräknade hur långt varje sensor var från skogskanten. Teamet mätte också relativ höjd av woodlot jämfört med en punkt strax bortom den, storleken på varje skogspatch, och även avståndet till närmaste stadscentrum.

Använda satellitbilder, Latimer bestämde också egenskaperna hos landskapet som omger varje skogsparti, beräkning av andelen jordbruksmark, skog och ogenomtränglig yta - trottoarer, parkeringsplatser, vägar och andra asfalt- eller betongelement.

"När vi pratar om klimatförändringar tenderar vi att tänka på klimat i avsaknad av markanvändning, "Säger Latimer." Men landskapet påverkar klimateffektens omfattning och kan förvärra eller mildra det, påverkar de rumsliga och tidsmässiga tillflyktsorter som är tillgängliga för vissa arter. "

Forskarna jämförde också sina data med dem som samlats på lokala väderstationer och som förutses av accepterade modeller. Väderstationer finns ofta i öppna, platta regioner och fångar inte nödvändigtvis vad som händer i mindre skala i mer skogsområden.

"Vi ville veta hur väl nuvarande metoder fångar lokala förhållanden, "säger Latimer." Mer än hälften av markens biota (liv) lever under skogstak, och vanliga väderstationer är inte bra på att fånga under taket. "

Studien avslöjade att temperaturerna i skogsfragmenten var genomgående varmare än vad klimatmodeller angav och därför inte återspeglar mikroklimat som är biologiskt signifikanta för vissa arter. Chickadees kan uppleva en minskning av överlevnaden med 40 procent i månader med fem eller fler dagar under minus 18 grader Celsius, deras energitemperatur för överlevnadstemperatur. Medan väderstationer registrerade 55 kumulativa dagar under den temperaturen under studieperioden, skogsöns sensorer mätte bara 32 sådana dagar.

Skogsfragment närmare stadskärnor visade sig också vara varmare, troligtvis på grund av urban heat island -effekten. Full av betong och asfalt, temperaturen i städerna är ofta högre än i deras icke -urban, fler vegeterade motsvarigheter. Detta, Latimer och Zuckerberg säger, innebär att naturområden inom och nära städer kan tillhandahålla "språngstenar" för sydlig, mindre kallt anpassade fåglar som överlever vintermånaderna.

Forskarna var mest förvånad över att upptäcka att woodlots på högre höjder var varmare, som de säger beror troligen på ett fenomen som kallas kall pooling, där svalare luft lägger sig i lägre liggande områden.

Ett exempel på detta, Latimer säger, kan ses tidigt på våren på golfbanor. Gräset kan vara bar men det finns fortfarande snö i sandfällor eftersom den kalla luften samlas i konkaviteten.

Sammanlagt, studien visar att skogar spelar roll för arter som söker skydd från hårda klimat. Fragmenterade skogar, dock, är mindre effektiva för att dämpa extrema klimat, Latimer och Zuckerberg säger, eftersom de läcker energi från sina kanter i de omgivande landskapen. Detta kan intensifiera energikostnaderna för kycklingar och andra övervintrande arter.

Med de nya uppgifterna, "markförvaltare kan övervaka vissa arter när det gäller mikroklimahantering, "säger Zuckerberg, "och arbeta för att få mindre fragmentering, olika växtligheter, eller lokalisera refugia eller parker på platser som främjar artöverlevnad. "