美国宇航局正在调查波多黎各森林遭受的飓风破坏

美国宇航局正在调查波多黎各森林遭受的飓风破坏

2017年9月20日，飓风“玛丽亚”(Maria barreled)横扫波多黎各，风速高达每小时155英里(约合每小时155公里)，暴雨淹没了城镇，摧毁了通讯网络，摧毁了电网。在崎岖的中部山脉和郁郁葱葱的东北部，猛烈的大风彻底破坏了热带森林，破坏和连根拔起了树木，玛利亚释放了它的愤怒。暴雨引发了数千起山体滑坡，在陡峭的山坡上蔓延。

今年4月，美国国家航空航天局(NASA)的一组科学家带着机载仪器前往波多黎各，调查从玛丽亚飓风到该岛森林的破坏情况。

“从空中看，飓风造成的破坏范围之广令人吃惊，”NASA地球科学家布鲁斯·库克(Bruce Cook)说。“在暴风雨来临之前，密密麻麻地覆盖着整个岛屿的上空，现在只剩下一堆倒下的树木和孤立的幸存者，树枝都被砍光了。”

美国国家航空航天局的地球观测卫星监测全球森林，以检测植被覆盖的季节变化或森林砍伐造成的突然森林损失，但在空间和时间尺度上，这些尺度太粗糙，无法看到变化。为了获得更详细的图像，美国国家航空航天局发射了一种名为戈达德激光雷达、高光谱和热成像仪(G-LiHT)的机载仪器。G-LiHT从一架飞越树木一千英尺的小飞机的腹部收集了整个岛屿上森林的多种测量数据，包括高分辨率的照片、地表温度以及植被的高度和结构。

美国林业局、美国鱼类和野生动物局、联邦紧急事务管理局和美国国家航空航天局为空中行动提供了资金。

该研究小组与G-LiHT在2017年春天进行了许多相同的研究，在飓风玛丽亚登陆之前的几个月，作为研究热带森林如何在被遗弃的农业土地上再生的研究的一部分。前后对比显示，该岛的森林仍然受到飓风的影响。

研究小组使用激光雷达，一个每秒发射60万次激光脉冲的测距系统，测量波多黎各森林的高度和结构的变化。的损失是显而易见的。阿雷西博市附近的森林生长在石灰岩山丘上，几乎没有土壤来稳定树木。结果，飓风摧毁或连根拔起了那里60%的树木。在东北部，在El Yunque国家森林的斜坡上，飓风使森林面积减少了三分之一。

G-LiHT提供的数据不仅用于捕获该岛森林的状况;这是一个重要的研究工具，科学家正在跟踪森林是如何变化的，因为他们从这样的重大事件中恢复。

美国宇航局戈达德航天中心的地球科学家道格·莫顿(Doug Morton)是G-LiHT联合研究员，他说:“(飓风)玛丽亚按下了许多不同过程的复位键，这些过程随着时间的推移会发展成森林。”“现在我们正以快进的速度观看这些进程，因为岛上的大片区域正在恢复，幸存的树木和新的幼苗在阳光下沐浴。”

在这支探险队飞过的地区中，有埃尔·云克国家森林，飓风“玛利亚”全力袭击了那里。美国林务局管理着热带雨林El Yunque，以及它在20世纪30年代末建立的指定研究区。大学和政府的科学家们进行了各种各样的研究，包括测量树木的生长情况，计算花和种子的数量以监测繁殖情况，分析土壤样本以跟踪植物生长所需的营养物质。

对树木健康状况的一个重要评估是树冠，树冠包括树顶的整体形状、枝干和叶子。飓风会严重破坏树冠，并通过光合作用大大减少树叶的数量。

莫顿说:“风暴过后仅仅7个月，幸存的树木就开始冲洗新的叶子和再生的树枝，以恢复它们通过光合作用获得阳光的能力。”

虽然很难从地面上对树冠进行详细的评估，但是G-LiHT的激光雷达设备可以从它的飞行路径中得出所有树木的形状和结构。在波多黎各上空进行的空中飞行活动足够广泛，可以提供关于整个森林冠层的结构和组成的信息，为一系列研究提供了可能。

哥伦比亚大学的生态学家Maria Uriarte说:“像Maria这样的强风暴会对某些物种有利，也会对其他物种造成破坏。“情节层面的研究告诉我们，这在一个小的地区是如何发生的，但在任何一个特定的地方，损害取决于靠近风暴的轨迹、地形、土壤和每个森林斑块的特征。”这使得我们很难对岛上的其他森林进行一概而论。

但是通过G-LiHT的数据，科学家可以研究更大范围的风暴影响，Uriarte继续说。“真正令人兴奋的是，我们可以提出完全不同的问题，”她说。“为什么一个地区比其他地区受到的伤害更多?”在整个岛上，哪些物种受到的影响最大?

了解森林冠层的状况对生态系统的其他部分也有深远的影响，因为树木覆盖对许多物种的生存至关重要。例如，像当地的伊瓜卡鹦鹉这样的鸟类会利用树冠来躲避捕食者的老鹰。树冠也创造了一个凉爽、潮湿的环境，有利于生长树苗、蜥蜴和栖息在森林地面的青蛙。被浓密的树荫冷却的溪流也使它们适合多种生物居住。

然而，同样的道理，其他曾经处于不利地位的植物和动物现在正受益于林冠的丧失所带来的变化。

“一些蜥蜴生活在树冠中，它们在更干燥、更阳光的环境中茁壮成长，”波多黎各- humacao大学的副教授、herpetologist Neftali Rios-Lopez说。“由于飓风的影响，曾经专属于树冠的干燥条件现在延伸到了森林地面。因此，这些动物能更好地适应这些条件，并开始取代和替代那些适应了曾经寒冷的条件的动物。

在新的环境中，谁是赢家，谁是输家?这是一个很重要的问题，”NASA的道格·莫顿说。在空中作战期间，他花了几天时间在El Yunque的研究图中，拍摄森林地面的三维图像，以补充G-LiHT的数据。他说，很明显，棕榈树比其他阔叶树更能经受住飓风的考验，它们是现在阳光普照的森林的受益者之一。这不是坏事。

莫顿说:“在未来的十年或更长时间里，棕榈树将成为这片森林的主要组成部分，在某种程度上，它们将有助于促进这片森林的其他部分的恢复。”棕榈树为重新上色的动植物提供了一点荫凉和保护。这是令人鼓舞的。”

美国林业局(U.S. forest Service)的研究生态学家格里泽尔冈萨雷斯(Grizelle Gonzalez)说，这项研究的意义不仅涉及森林生态系统，还涉及时间和空间。她举了一个例子，她指出飓风导致了山涧洪水泛滥，并充满了最终流入海洋的沉淀物。沉积物会对饮用水的质量以及渔业赖以生存和商业的珊瑚群落产生负面影响。

冈萨雷斯说:“看到这么多的联邦机构在这项重要的工作上合作，我们感到很高兴，因为森林在从生物多样性、经济到公共卫生的方方面面都发挥着关键作用。”

G-LiHT数据也具有全球影响。今年7月，研究小组前往阿拉斯加，继续对该州内陆的大片林地进行调查，以更好地了解北极变暖加速对北方森林的影响，而北方森林又通过从大气中吸收碳，在冷却地球气候方面发挥着关键作用。莫顿说:“G-LiHT让我们可以在广阔的景观范围内收集个体树木的研究数据。”“从阿拉斯加到波多黎各，由于气候变暖和火灾、飓风等干扰，森林不断变化。”