Response of the French Mediterranean forests to climatic changes, final report
Réponse des forêts méditerranéennes françaises aux changements climatiques, rapport de fin de contrat
Résumé
The Mediterranean forests are critical to preserve the high biodiversity which characterizes them and to provide essential ecosystem services, such as soil protection, water resources conservation and climate regulation. The climatic models simulate, for the 21th century in that region, a significant warming and a reduction of rainfall, with a significant increase of extreme events, which can considerably reduce the forest productivity. Quantification of these impacts to help the forest manager to take appropriate decisions was the main objective of REFORME. To reach it, we adopted a strategy based on measurements in forest experimental station (Puéchabon, Lamanon), of tree-ring data at broad spatio-temporal scale and a hierachy of vegetation models (MAIDEN, SIERRA, MODIS/GPP, BILHY). The vulnerability studies have been based on the B2 scenario (comparatively moderate) by the model ARPEGE of Météo-France. Main acquired results are the following: The climate variability from April to June drives the variability of the radial tree-ring increment of the evergreen oak and of the fluxes of carbon. There is a very good convergence between flux measurements and dendrochronology. At a broader scale, we showed that remote sensing images such as they are provided by MODIS is a good tool to estimate the productivity of the Mediterranean forests, but it must be corrected for some systematic biases. Puéchabon was subjected in 2005 to a caterpillar attack with more effects than successive droughts on the vulnerability of the oak. This phenomenon must be taken into account in vulnerability studies to climatic change, because the increase of the spring temperature risks to induce a decrease of the return period in future. For the Aleppo pine, the heat wave of 2003 is also a good model for the impact of climatic warming. There was a reduction from 30 to 60 % of the size of needles, of the number of the needles formed, of the length of the annual shoot on branches and fructification. The polycyclism disappeared almost entirely after 3 years of drought. The model BILHY showed a loss, in terms of wood production, about 28 % for Font-Blanche, and for Lamanon a 30 % loss. The comparison of MAIDEN simulations between the oak and the pine showed that both species arrive at a maximum of growth during the first decade of the 21th century, with a three times stronger productivity for the Alep pine. Then, drought becoming more important, the species see their productivity diminishing till the end of the 21th century, of 28 % for the oak and 8 % for the pine (smaller values than with BILHY). The latter therefore seems to resist better to water stress. If we take into account the fertilisation effect by CO2, both species seem to resist much better (with a productivity slightly increased). A statistical approach conducted in parallel showed the importance of the delayed effect of the extremes of the previous years. The latter are able, by degrading the health state of the tree and by subsequent defoliation, to exponentially cumulate with several successive events. This delayed effect has therefore the potentiality to attenuate the fertilisation effect. Finally Aleppo pine, likely by its capacity to early close its stomatae, seems to better resist than evergreen oak. Our results have limitations linked together to data and to models. Our measurements still do not cover optimum periods of time. The vegetation models have some more lacunae which must be filled up progressively in future. Finally, our vulnerability studies are based on a single scenario (IPCC-B2) of a single climatic model. They therefore do not have value of prediction but simply of indication. It will be necessary, to complete this approach, to use simulation ensembles from several climate models to deal with the climate evolution under probabilistic forms.
Les forêts méditerranéennes sont cruciales pour préserver la biodiversité élevée qui les caractérisent et pour fournir des services écosystémiques essentiels, tels que la protection des sols, la conservation des ressources en eau et la régulation du climat. Les modèles climatiques simulent, pour le 21e siècle, un réchauffement significatif et une décroissance des précipitations, avec une augmentation significative des événements extrêmes, qui peuvent réduire considérablement la productivité de ces forêts. Quantifier ces impacts pour aider le gestionnaire à prendre les décisions adéquates était l'objectif principal de REFORME. Pour l'atteindre, nous avons adopté une stratégie basée sur des mesures en station expérimentale forestière (Puéchabon, Lamanon), des données dendrochronologiques à large échelle spatio-temporelle et une hiérachie de modèles de végétation (MAIDEN, SIERRA, MODIS/GPP, BILHY). Les études de vulnérabilité ont été basée sur le scénario B2 (relativement modéré) du modèle ARPEGE de Météo-France. Les principaux résultats obtenus sont les suivants : C'est la variabilité du climat des mois d'avril à juin qui dicte la variabilité de l'accroissement radial du chêne vert et celle des flux de carbone. Il y a là une très bonne convergence des mesures des flux et de la dendrochronologie. A une échelle plus large, on a montré que les images satellitaires telles qu'elles sont fournies par MODIS est un bon outil pour estimer la productivité des forêts méditerranéennes, mais il doit être corrigé de certains biais systématiques. Puéchabon a subi en 2005 une attaque de chenilles qui a eu plus d'effets que de successives sécheresses sur la vulnérabilité du chêne. C'est un phénomène à prendre en compte dans les études de vulnérabilité au changement climatique, car l'augmentation de la température de printemps risque d'entraîner un accroissement de la fréquence de telles attaques dans le futur. Pour le pin d'Alep, la canicule 2003 est également un bon modèle pour l'impact du réchauffement climatique. Il y a eu une réduction de 30 à 60% de la taille des aiguilles, du nombre d'aiguille formées, de la longueur des pousses annuelles sur les rameaux et de la fructification. Le polycyclisme a disparu presque entièrement après 3 années de sécheresse. Le modèle BILHY a montré, en termes de production de bois, une perte d'environ 28% pour Font-Blanche, et pour Lamanon une perte de 30%. La comparaison des simulations par MAIDEN entre le chêne et le pin d'Alep a montré que les deux espèces arrivent à un maximum de croissance durant la première décennie du 21e siècle, avec une productivité trois fois plus forte pour le pin d'Alep. Ensuite, la sécheresse s'accentuant, les espèces voient leur productivité diminuer jusqu'à la fin du 21e siècle, de 28% pour le chêne et 8% pour le pin (moins fortement qu'avec BILHY), qui semble donc devoir résister mieux au stress hydrique. Si on prend en compte l'effet de fertilisation, les deux espèces semblent résister beaucoup mieux (avec une productivité légérement accrue). Une approche statistique menée en parallèle a montré l'importance de l'effet différé des extrêmes des années précédentes, capables, par leur atteinte à l'état sanitaire de l'arbre et par la défoliation occasionnée, de se cumuler exponentiellement avec plusieurs événements successifs. Cet effet différé a donc la potentialité d'atténuer fortement l'effet de fertilisation. Enfin le pin d'Alep, sans doute par sa capacité à fermer plus précocement ses stomates, semble mieux à même de résister que le chêne vert. Nos résultats ont des limites liées à la fois aux données et aux modèles. Nos mesures ne couvrent pas encore des périodes de temps optimales. Les modèles de végétation ont encore beaucoup de lacunes qu'il conviendra de combler progressivement dans le futur. Enfin, nos études de vulnérabilité sont basées sur un seul scénario (B2) d'un seul modèle climatique. Elles n'ont donc pas de valeur de prévision mais simplement une valeur d'indication. Il sera nécessaire, pour compléter cette approche, d'utiliser des ensembles de simulations issues de plusieurs modèles climatiques afin de traiter l'évolution du climat sous forme probabiliste.