Direct and indirect impacts of climate change on forests: three case studies from British Columbia

Abstract Climate is an important driver of forest dynamics. In this paper, we present three case studies from the forests of British Columbia to illustrate the direct and indirect effects of climatic variation and global warming on forest composition and function. (1) Tree mortality rates in old forests of western North America have doubled in recent decades. Regional warming and water deficits directly affected tree death rates or indirectly increased insect and pathogen activity and wind storms causing tree deaths. Concurrently, tree density and basal area declined significantly, indicating lagged growth responses of surviving trees or long-term decline of these forests. (2) Yellow-cedar decline along coastal British Columbia and Alaska shows that small changes in average climatic conditions, coupled with extreme weather events, can have large ecological effects. A small persistent increase in mean temperatures has reduced snow-cover depth and duration. Coupled with extreme cold events which damage unprotected tree roots, these climatic changes are considered the primary cause of widespread yellow-cedar mortality. (3) Interactions between climate and disturbance are complex in the mountain forests of the East Kootenay region. Understanding historic climate–fire interactions is key to anticipating future frequent and severe fires. Here, climate change effects may be exacerbated by the cumulative effects of human land use, fire exclusion and mountain pine beetle outbreaks. We conclude that understanding past climate variation and its effects on forests help us to anticipate the potential effects of global warming. Résumé Le climat est un important moteur de la dynamique des forêts. Dans cet article, nous présentons trois études de cas tirées des forêts de la Colombie-Britannique afin d'illustrer les effets directs et indirects de la variation et du réchauffement climatiques sur la composition ainsi que sur la fonction de la forêt. (1) Le taux de mortalité des arbres dans les forêts anciennes de l'ouest de l'Amérique du Nord a doublé au cours des dernières décennies. Le réchauffement régional et le déficit en eau contribuent directement au taux de mortalité des arbres ou, indirectement, par l'accroissement de l'activité des insectes et des agents pathogènes ainsi que par la violence des tempêtes de vent qui causent la mort des arbres. Simultanément, la densité des arbres et la surface terrière déclinent significativement, ce qui indique une réaction de croissance décalée des arbres qui survivent ou un dépérissement à long terme de ces forêts. (2) Le dépérissement du cyprès jaune le long des côtes de la Colombie-Britannique et de l'Alaska indique que de faibles modifications des conditions climatiques moyennes, ajoutées à des évènements météorologiques extrêmes, peuvent avoir de graves répercussions écologiques. Une petite augmentation constante de la température moyenne a réduit l'épaisseur et la durée du couvert neigeux. Ajoutés à des périodes de froid intense qui endommagent les racines non protégées des arbres, ces changements climatiques sont perçus comme étant la cause première de mort à grande échelle chez le cyprès jaune. (3) Dans les forêts de montagne de la région d'East Kootenay, les interactions entre le climat et les perturbations sont complexes. Afin d'anticiper à l'avenir les nombreux et graves incendies de forêt, il importe de comprendre les interactions historiques qui impliquent le climat et le feu. Ici, les conséquences des changements climatiques peuvent être aggravées par les effets cumulatifs de l'utilisation du territoire par l'homme, par la suppression des incendies de forêt et par les proliférations de dendroctone du pin ponderosa. Nous terminons en concluant que la compréhension des variations climatiques passées et de leurs effets sur les forêts nous aide à anticiper les conséquences possibles du réchauffement climatique. Keywords: climate variationcoastal forestsdisturbance regimesfire regimesforest declinemortality ratesmountain forestsmountain pine beetleold foreststree deathsyellow-cedarMots clés: cyprès jaunedendroctone du pin ponderosadépérissement de la forêtforêts anciennesforêts côtièresforêts de montagnemort des arbresrégimes d'incendiesrégimes de perturbationtaux de mortalitévariation climatique Acknowledgements Funding for this research was provided by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Forestry Innovation Investment – Forest Science Program of British Columbia, and Parks Canada Agency. We thank Dave Andison for helpful suggestions that greatly improved this manuscript. Notes †This paper was a contribution to the symposium entitled 'Emerging stresses on forests and agro-ecosystems resulting from climate change' held during the Canadian Phytopathological Society Annual Meeting in Vancouver, British Columbia, June 2010.

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