美國宇航局正在調查波多黎各森林遭受的颶風破壞

美國宇航局正在調查波多黎各森林遭受的颶風破壞

2017年9月20日，颶風「瑪麗亞」(Maria barreled)橫掃波多黎各，風速高達每小時155英里(約合每小時155公里)，暴雨淹沒了城鎮，摧毀了通訊網路，摧毀了電網。在崎嶇的中部山脈和鬱鬱蔥蔥的東北部，猛烈的大風徹底破壞了熱帶森林，破壞和連根拔起了樹木，瑪利亞釋放了它的憤怒。暴雨引發了數千起山體滑坡，在陡峭的山坡上蔓延。

今年4月，美國國家航空航天局(NASA)的一組科學家帶著機載儀器前往波多黎各，調查從瑪麗亞颶風到該島森林的破壞情況。

「從空中看，颶風造成的破壞範圍之廣令人吃驚，」NASA地球科學家布魯斯·庫克(Bruce Cook)說。「在暴風雨來臨之前，密密麻麻地覆蓋著整個島嶼的上空，現在只剩下一堆倒下的樹木和孤立的倖存者，樹枝都被砍光了。」

美國國家航空航天局的地球觀測衛星監測全球森林，以檢測植被覆蓋的季節變化或森林砍伐造成的突然森林損失，但在空間和時間尺度上，這些尺度太粗糙，無法看到變化。為了獲得更詳細的圖像，美國國家航空航天局發射了一種名為戈達德激光雷達、高光譜和熱成像儀(G-LiHT)的機載儀器。G-LiHT從一架飛越樹木一千英尺的小飛機的腹部收集了整個島嶼上森林的多種測量數據，包括高解析度的照片、地表溫度以及植被的高度和結構。

美國林業局、美國魚類和野生動物局、聯邦緊急事務管理局和美國國家航空航天局為空中行動提供了資金。

該研究小組與G-LiHT在2017年春天進行了許多相同的研究，在颶風瑪麗亞登陸之前的幾個月，作為研究熱帶森林如何在被遺棄的農業土地上再生的研究的一部分。前後對比顯示，該島的森林仍然受到颶風的影響。

研究小組使用激光雷達，一個每秒發射60萬次激光脈衝的測距系統，測量波多黎各森林的高度和結構的變化。的損失是顯而易見的。阿雷西博市附近的森林生長在石灰岩山丘上，幾乎沒有土壤來穩定樹木。結果，颶風摧毀或連根拔起了那裡60%的樹木。在東北部，在El Yunque國家森林的斜坡上，颶風使森林面積減少了三分之一。

G-LiHT提供的數據不僅用於捕獲該島森林的狀況;這是一個重要的研究工具，科學家正在跟蹤森林是如何變化的，因為他們從這樣的重大事件中恢復。

美國宇航局戈達德航天中心的地球科學家道格·莫頓(Doug Morton)是G-LiHT聯合研究員，他說:「(颶風)瑪麗亞按下了許多不同過程的複位鍵，這些過程隨著時間的推移會發展成森林。」「現在我們正以快進的速度觀看這些進程，因為島上的大片區域正在恢復，倖存的樹木和新的幼苗在陽光下沐浴。」

在這支探險隊飛過的地區中，有埃爾·雲克國家森林，颶風「瑪利亞」全力襲擊了那裡。美國林務局管理著熱帶雨林El Yunque，以及它在20世紀30年代末建立的指定研究區。大學和政府的科學家們進行了各種各樣的研究，包括測量樹木的生長情況，計算花和種子的數量以監測繁殖情況，分析土壤樣本以跟蹤植物生長所需的營養物質。

對樹木健康狀況的一個重要評估是樹冠，樹冠包括樹頂的整體形狀、枝幹和葉子。颶風會嚴重破壞樹冠，並通過光合作用大大減少樹葉的數量。

莫頓說:「風暴過後僅僅7個月，倖存的樹木就開始沖洗新的葉子和再生的樹枝，以恢復它們通過光合作用獲得陽光的能力。」

雖然很難從地面上對樹冠進行詳細的評估，但是G-LiHT的激光雷達設備可以從它的飛行路徑中得出所有樹木的形狀和結構。在波多黎各上空進行的空中飛行活動足夠廣泛，可以提供關於整個森林冠層的結構和組成的信息，為一系列研究提供了可能。

哥倫比亞大學的生態學家Maria Uriarte說:「像Maria這樣的強風暴會對某些物種有利，也會對其他物種造成破壞。「情節層面的研究告訴我們，這在一個小的地區是如何發生的，但在任何一個特定的地方，損害取決於靠近風暴的軌跡、地形、土壤和每個森林斑塊的特徵。」這使得我們很難對島上的其他森林進行一概而論。

但是通過G-LiHT的數據，科學家可以研究更大範圍的風暴影響，Uriarte繼續說。「真正令人興奮的是，我們可以提出完全不同的問題，」她說。「為什麼一個地區比其他地區受到的傷害更多?」在整個島上，哪些物種受到的影響最大?

了解森林冠層的狀況對生態系統的其他部分也有深遠的影響，因為樹木覆蓋對許多物種的生存至關重要。例如，像當地的伊瓜卡鸚鵡這樣的鳥類會利用樹冠來躲避捕食者的老鷹。樹冠也創造了一個涼爽、潮濕的環境，有利於生長樹苗、蜥蜴和棲息在森林地面的青蛙。被濃密的樹蔭冷卻的溪流也使它們適合多種生物居住。

然而，同樣的道理，其他曾經處於不利地位的植物和動物現在正受益於林冠的喪失所帶來的變化。

「一些蜥蜴生活在樹冠中，它們在更乾燥、更陽光的環境中茁壯成長，」波多黎各- humacao大學的副教授、herpetologist Neftali Rios-Lopez說。「由於颶風的影響，曾經專屬於樹冠的乾燥條件現在延伸到了森林地面。因此，這些動物能更好地適應這些條件，並開始取代和替代那些適應了曾經寒冷的條件的動物。

在新的環境中，誰是贏家，誰是輸家?這是一個很重要的問題，」NASA的道格·莫頓說。在空中作戰期間，他花了幾天時間在El Yunque的研究圖中，拍攝森林地面的三維圖像，以補充G-LiHT的數據。他說，很明顯，棕櫚樹比其他闊葉樹更能經受住颶風的考驗，它們是現在陽光普照的森林的受益者之一。這不是壞事。

莫頓說:「在未來的十年或更長時間裡，棕櫚樹將成為這片森林的主要組成部分，在某種程度上，它們將有助於促進這片森林的其他部分的恢復。」棕櫚樹為重新上色的動植物提供了一點蔭涼和保護。這是令人鼓舞的。」

美國林業局(U.S. forest Service)的研究生態學家格里澤爾岡薩雷斯(Grizelle Gonzalez)說，這項研究的意義不僅涉及森林生態系統，還涉及時間和空間。她舉了一個例子，她指出颶風導致了山澗洪水泛濫，並充滿了最終流入海洋的沉澱物。沉積物會對飲用水的質量以及漁業賴以生存和商業的珊瑚群落產生負面影響。

岡薩雷斯說:「看到這麼多的聯邦機構在這項重要的工作上合作，我們感到很高興，因為森林在從生物多樣性、經濟到公共衛生的方方面面都發揮著關鍵作用。」

G-LiHT數據也具有全球影響。今年7月，研究小組前往阿拉斯加，繼續對該州內陸的大片林地進行調查，以更好地了解北極變暖加速對北方森林的影響，而北方森林又通過從大氣中吸收碳，在冷卻地球氣候方面發揮著關鍵作用。莫頓說:「G-LiHT讓我們可以在廣闊的景觀範圍內收集個體樹木的研究數據。」「從阿拉斯加到波多黎各，由於氣候變暖和火災、颶風等干擾，森林不斷變化。」

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