Wind damage to forests is a large and increasing threat in many parts of the world. In particular with the changing climate there is predicted to be an intensification of tropical cyclones with a northward migration to higher latitudes (Figure 1). This will mean that intense winds from remnant hurricanes are likely to become more common during the autumn in countries along the Atlantic coast and around the North Sea. In addition there is increasing evidence for damage to forests and urban trees from intense thunderstorms and thunderstorm squall lines during the summer in central and eastern Europe (https://www.bbc.com/news/world-europe-40959863).

However, to date no one has measured the process of tree failure during an intense storm. This means that the actual failure mechanism has been the subject of conjecture based on tree pulling experiments, post-storm observations and video evidence. On 1 October 2018 super-typhoon Trami caused devastation across the main island of Japan (https://www.ouest-france.fr/monde/japon/trami-un-nouveau-super-typhon-frappe-le-japon-et-fait-des-blesses-5992961). Fortuitously a colleague in Japan, Dr Kana Kamimura of Shinshu University, Japan was monitoring the movements and wind loads on a number of genetically similar cryptomeria japonica trees in an unthinned and a thinned plot. A number of trees failed during the storm, but only in the recently thinned plot (thinned the previous year) and amazingly, despite the intense winds and damage to trees, data was available from 20 trees in the unthinned plot and 9 trees in the thinned plot.

Now after in depth analysis, and dealing with problems due to lost periods of data during the storm, an article documenting the behaviour of the trees during the typhoon and the exact failure mechanism has been published in the prestigious journal Science Advances with authors from Japan (Kana Kamimura, Kazuki Nanko, Asako Matsumoto, Saneyoshi Ueno), France (Barry Gardiner) and the UK (James Gardiner) (Kamimura et al., 2022).

The key message of the paper is that trees are vulnerable immediately following thinning because of the removal of neighbours. These neighbours provide increased “stiffness” and damping to the subject tree because of almost continuous crown clashing in the unthinned plot (https://youtu.be/pW9oMKlmcG8) that reduces the force from the wind that is transmitted through the stem into the root/soil system. However, in the thinned plot, with all immediate neighbours removed, the trees are freer to move and the damping from collisions is substantially reduced. We observed that these trees moved in an erratic manner and following a rapid increase in wind speed as the storm intensified these trees started to lean further and further from their initial position.

Some trees were uprooted and fell but even the undamaged trees in the thinned plot were left leaning slightly after the passage of the typhoon. In contrast all the trees in the unthinned plot returned to their initial positions. The overturning of the damaged trees was not immediate and took place over a period of one to two hours. Some trees had damage to multiple small roots and the damage process was relatively slow. In other trees there is clear evidence of damage to a substantial root early in the period of intense winds and the process of failure was more rapid.

The lesson for forest management from this study is that the interaction of tree crowns in the forest canopy is crucial for the stability of trees during strong winds. Any disturbance to the forest that reduces this crown interaction, such as thinning, immediately reduces the stability of the trees. With time the crown will grow and the trees will adjust to their new wind environment by increasing their root size and stem diameter (Dèfossez et al., 2021; Nicoll et al., 2019). After this adjustment these thinned trees will become more stable than the unthinned trees (Mason and Valinger, 2013). The importance of crown interaction may also be the reason that irregular stands are more stable (Mason, 2002; Pukkala et al., 2016) and why selective thinning is a more sensible option in regions with a windy climate or for forest stands with trees large enough to be vulnerable to wind damage (Kerr and Haufe, 2011; Pommerening and Murphy, 2004).

Barry Gardiner

IEFC, Pierroton

17 February 2022

References

Blunden, J., Arndt, D.S., 2019. State of the Climate in 2018. Bull. Am. Meteorol. Soc. 100. https://doi.org/doi:10.1175/2019BAMSStateoftheClimate.1.

Dèfossez, P., Rajaonalison, F., Bosc, A., 2021. How wind acclimation impacts Pinus pinaster growth in comparison to resource availability. For. An Int. J. For. Res. 1–12. https://doi.org/10.1093/forestry/cpab028

Kamimura, K., Nanko, K., Matsumoto, A., Ueno, S., Gardiner, J., Gardiner, B., 2022. Tree dynamic response and survival in a category-5 tropical cyclone : The case of super typhoon Trami. Sci. Adv. 8, 1–11.

Kerr, G., Haufe, J., 2011. Thinning Practice: A Silvicultural Guide. Forestry Commission, Edinburgh.

Mason, B., Valinger, E., 2013. Managing forests to reduce storm damage, in: Gardiner, B., Schuck, A., Schelhaas, M.-J., Orazio, C., Blennow, K., Nicoll, B. (Eds.), Living with Storm Damage to Forests: What Science Can Tell Us. European Forest Institute, pp. 89–98.

Mason, W.L., 2002. Are irregular stands more windfirm ? 75.

Nicoll, B.C., Connolly, T., Gardiner, B.A., 2019. Changes in spruce growth and biomass allocation following thinning and guying treatments. Forests 10, 253. https://doi.org/10.3390/f10030253

Pommerening, A., Murphy, S.T., 2004. A review of the history, definitions and methods of continuous cover forestry with special attention to afforestation and restocking. Forestry. https://doi.org/10.1093/forestry/77.1.27

Pukkala, T., Laiho, O., Lähde, E., 2016. Continuous cover management reduces wind damage. For. Ecol. Manage. 372, 120–127. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.04.014

Les dégâts causés par le vent aux forêts constituent une menace importante et croissante dans de nombreuses régions du monde. En particulier avec le changement climatique, on prévoit une intensification des cyclones tropicaux avec une migration vers le nord à des latitudes plus élevées (figure 1). Cela signifie que les vents intenses provenant des restes d’ouragans sont susceptibles de devenir plus fréquents en automne dans les pays situés le long de la côte atlantique et autour de la mer du Nord. En outre, il existe de plus en plus de signes de dommages causés aux forêts et aux arbres urbains par des orages intenses et lignes de bourrasques orageuses pendant l’été en Europe centrale et orientale. (https://www.bbc.com/news/world-europe-40959863).

Cependant, à ce jour, personne n’a mesuré le processus de chute des arbres pendant une tempête intense. Cela signifie que le mécanisme de la rupture réelle a fait l’objet de conjectures basées sur des expériences d’arrachage d’arbres, des observations après la tempête et des preuves vidéo. Le 1er octobre 2018, le super-typhon Trami a dévasté l’île principale du Japon. (https://www.ouest-france.fr/monde/japon/trami-un-nouveau-super-typhon-frappe-le-japon-et-fait-des-blesses-5992961). Par chance, un collègue japonais, le Dr Kana Kamimura de l’Université Shinshu, au Japon, surveillait les mouvements et les charges du vent sur un certain nombre d’arbres cryptomeria japonica génétiquement similaires dans une parcelle non éclaircie et une parcelle éclaircie. Un certain nombre d’arbres se sont brisés pendant la tempête, mais seulement dans la parcelle récemment éclaircie (éclaircie l’année précédente) et, étonnamment, malgré les vents intenses et les dommages causés aux arbres, des données ont été disponibles pour 20 arbres dans la parcelle non éclaircie et 9 arbres dans la parcelle éclaircie.

Aujourd’hui, après une analyse approfondie et la résolution de problèmes dus à la perte de données pendant la tempête, un article documentant le comportement des arbres pendant le typhon et le mécanisme exact de défaillance a été publié dans la prestigieuse revue Science Advances avec des auteurs japonais (Kana Kamimura, Kazuki Nanko, Asako Matsumoto, Saneyoshi Ueno), français (Barry Gardiner) et britanniques (James Gardiner) (Kamimura et al., 2022).

Le message clé de cet article est que les arbres sont vulnérables immédiatement après une éclaircie en raison de la suppression de ses voisins. Ces voisins augmentent la “rigidité” et l’amortissement de l’arbre concerné en raison du choc presque continu des couronnes dans la parcelle non éclaircie (https://youtu.be/pW9oMKlmcG8), qui réduit la force du vent transmise par la tige dans le système racine/sol. Cependant, dans la parcelle éclaircie, où tous les voisins immédiats ont été supprimés, les arbres sont plus libres de se déplacer et l’amortissement des collisions est considérablement réduit. Nous avons observé que ces arbres se déplaçaient de manière erratique et, suite à une augmentation rapide de la vitesse du vent à mesure que la tempête s’intensifiait, ces arbres ont commencé à s’incliner de plus en plus loin de leur position initiale.

Certains arbres ont été déracinés et sont tombés, mais même les arbres non endommagés de la parcelle éclaircie sont restés légèrement penchés après le passage du typhon. En revanche, tous les arbres de la parcelle non éclaircie sont revenus à leur position initiale. Le renversement des arbres endommagés n’a pas été immédiat et s’est déroulé sur une période d’une à deux heures. Certains arbres étaient endommagés par de multiples petites racines et le processus d’endommagement a été relativement lent. Pour d’autres arbres, il y a des preuves évidentes de dommages importants à la racine dès le début de la période de vents intenses et le processus de rupture a été plus rapide.

The lesson for forest management from this study is that the interaction of tree crowns in the forest canopy is crucial for the stability of trees during strong winds. Any disturbance to the forest that reduces this crown interaction, such as thinning, immediately reduces the stability of the trees. With time the crown will grow and the trees will adjust to their new wind environment by increasing their root size and stem diameter (Dèfossez et al., 2021; Nicoll et al., 2019). After this adjustment these thinned trees will

La leçon à tirer de cette étude pour la gestion forestière est que l’interaction des couronnes des arbres dans la canopée de la forêt est cruciale pour leur stabilité en cas de vents forts. Toute perturbation de la forêt qui réduit cette interaction des couronnes, comme les éclaircies, réduit immédiatement la stabilité des arbres. Avec le temps, la couronne va croître et les arbres vont s’adapter à leur nouvel environnement éolien en augmentant la taille de leurs racines et le diamètre de leur tige (Dèfossez et al., 2021 ; Nicoll et al., 2019). Après cet ajustement, ces arbres éclaircis deviendront plus stables que les arbres non éclaircis (Mason et Valinger, 2013). L’importance de l’interaction entre les couronnes peut également être la raison pour laquelle les peuplements irréguliers sont plus stables (Mason, 2002 ; Pukkala et al., 2016) et pourquoi l’éclaircie sélective est une option plus judicieuse dans les régions au climat venteux ou pour les peuplements forestiers dont les arbres sont suffisamment grands pour être vulnérables aux dommages causés par le vent (Kerr et Haufe, 2011 ; Pommerening et Murphy, 2004).

Barry Gardiner

IEFC, Pierroton17 February 2022

Références

Blunden, J., Arndt, D.S., 2019. State of the Climate in 2018. Bull. Am. Meteorol. Soc. 100. https://doi.org/doi:10.1175/2019BAMSStateoftheClimate.1.

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Pommerening, A., Murphy, S.T., 2004. A review of the history, definitions and methods of continuous cover forestry with special attention to afforestation and restocking. Forestry. https://doi.org/10.1093/forestry/77.1.27

Pukkala, T., Laiho, O., Lähde, E., 2016. Continuous cover management reduces wind damage. For. Ecol. Manage. 372, 120–127. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.04.014

Os danos causados pelo vento nas florestas são uma grande e crescente ameaça em muitas partes do mundo. Em particular com as mudanças climáticas, prevê-se uma intensificação dos ciclones tropicais com uma migração para norte para latitudes mais elevadas (Figura 1). Isto significa que os ventos intensos dos furacões remanescentes são suscetíveis de se tornarem mais comuns durante o Outono em países ao longo da costa atlântica e em redor do Mar do Norte. Além disso, há cada vez mais provas de danos em florestas e árvores urbanas devido a trovoadas intensas e trovoadas durante o Verão na Europa Central e Oriental (https://www.bbc.com/news/world-europe-40959863).

Contudo, até à data, ninguém mediu o processo de falha das árvores durante uma tempestade intensa. Isto significa que o verdadeiro mecanismo de falha tem sido objeto de conjeturas baseadas em experiências de arranque de árvores, observações pós-tempestade e provas em vídeo. A 1 de Outubro de 2018, o super-tufão Trami causou devastação em toda a ilha principal do Japão (https://www.ouest-france.fr/monde/japon/trami-un-nouveau-super-typhon-frappe-le-japon-et-fait-des-blesses-5992961). Felizmente, um colega no Japão, Dr Kana Kamimura da Universidade de Shinshu, Japão, estava a monitorizar os movimentos e a força do vento em várias árvores de Criptoméria japonica geneticamente semelhantes, em parcelas desbastadas e não-desbastadas. Várias árvores falharam durante a tempestade, mas apenas na parcela recentemente desbastada (desbastada no ano anterior) e surpreendentemente, apesar dos ventos intensos e dos danos nas árvores, conseguiu-se obter dados em 20 árvores na parcela não-desbastada e 9 árvores na parcela desbastada.

Agora, após uma análise aprofundada, e lidando com problemas devidos a períodos de perda de dados durante a tempestade, foi publicado um artigo documentando o comportamento das árvores durante o tufão e o mecanismo exato de falha na prestigiada revista Science Advances com autores do Japão (Kana Kamimura, Kazuki Nanko, Asako Matsumoto, Saneyoshi Ueno), França (Barry Gardiner) e Reino Unido (James Gardiner) (Kamimura et al., 2022).

A mensagem chave do artigo é que as árvores ficam vulneráveis imediatamente após o desbaste, devido à remoção dos vizinhos. Estes vizinhos proporcionam uma maior “rigidez” e amortecimento à árvore em questão devido ao choque quase contínuo das copas na parcela não-desbastada (https://youtu.be/pW9oMKlmcG8) que reduz a força do vento que é transmitida através do tronco até ao sistema raiz/solo. No entanto, na parcela desbastada, com todos os vizinhos próximos removidos, as árvores são mais livres de se mover e o amortecimento das colisões é substancialmente reduzido. Observámos que estas árvores se moviam de forma errática e após um rápido aumento da velocidade do vento à medida que a tempestade se intensificou, estas árvores começaram a inclinar-se cada vez mais para longe da sua posição inicial.

Algumas árvores foram arrancadas e caíram, mas mesmo as árvores não danificadas na parcela desbastada ficaram ligeiramente inclinadas após a passagem do tufão. Por sua vez, todas as árvores da parcela não-desbastada voltaram às suas posições iniciais. O derrube das árvores danificadas não foi imediato e teve lugar durante um período de uma a duas horas. Algumas árvores tiveram danos em múltiplas raízes finas e o processo de danos foi relativamente lento. Noutras árvores há provas claras de danos a uma raiz substancial no início do período de ventos intensos e o processo de falha foi mais rápido.

A lição para a gestão florestal deste estudo é que a interação das copas das árvores no copado florestal é crucial para a estabilidade das árvores durante ventos fortes. Qualquer perturbação na floresta que reduza esta interação das copas, como o desbaste, reduz imediatamente a estabilidade das árvores. Com o tempo, a copa irá crescer e as árvores irão ajustar-se ao seu novo ambiente de vento, aumentando o seu sistema radicular e diâmetro do trono (Dèfossez et al., 2021; Nicoll et al., 2019). Após este ajustamento, estas árvores desbastadas tornar-se-ão mais estáveis do que as árvores não desbastadas (Mason and Valinger, 2013). A importância da interação das copas pode também ser a razão pela qual os povoamentos irregulares são mais estáveis (Mason, 2002; Pukkala et al., 2016) e porque o desbaste seletivo é uma opção mais sensata em regiões com um clima ventoso ou para povoamentos florestais com árvores suficientemente grandes para serem vulneráveis aos danos causados pelo vento (Kerr e Haufe, 2011; Pommerening e Murphy, 2004).

Barry Gardiner

IEFC, Pierroton

17 de Fevereiro de 2022

Referências

Blunden, J., Arndt, D.S., 2019. State of the Climate in 2018. Bull. Am. Meteorol. Soc. 100. https://doi.org/doi:10.1175/2019BAMSStateoftheClimate.1.

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Mason, W.L., 2002. Are irregular stands more windfirm ? 75.

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Pommerening, A., Murphy, S.T., 2004. A review of the history, definitions and methods of continuous cover forestry with special attention to afforestation and restocking. Forestry. https://doi.org/10.1093/forestry/77.1.27

Pukkala, T., Laiho, O., Lähde, E., 2016. Continuous cover management reduces wind damage. For. Ecol. Manage. 372, 120–127. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.04.014

Los daños causados por el viento en los bosques son una amenaza importante y creciente en muchas partes del mundo. En particular, con el cambio climático se prevé una intensificación de los ciclones tropicales con una migración hacia el norte, hacia latitudes más altas (Figura 1). Esto conllevará que los vientos intensos de los huracanes remanentes serán probablemente más comunes durante el otoño en los países de la costa atlántica y alrededor del Mar del Norte. Además, cada vez hay más pruebas de daños en los bosques y en los árboles urbanos debido a las intensas tormentas eléctricas y a las borrascas durante el verano en Europa central y oriental (https://www.bbc.com/news/world-europe-40959863).

Sin embargo, hasta la fecha nadie ha medido el proceso de caída de los árboles durante una tormenta intensa. Esto significa que el mecanismo real de caída ha sido objeto de conjeturas basadas en experimentos de arrastre de árboles, observaciones posteriores a la tormenta y pruebas de vídeo. El 1 de octubre de 2018 el super-tifón Trami causó devastación en toda la isla principal de Japón (https://www.ouest-france.fr/monde/japon/trami-un-nouveau-super-typhon-frappe-le-japon-et-fait-des-blesses-5992961). Afortunadamente, una colega japonesa, la Dra. Kana Kamimura, de la Universidad de Shinshu (Japón), estaba monitorizando los movimientos y las cargas de viento en una serie de árboles de cryptomeria japonica genéticamente similares en una parcela sin entresacar y otra entresacada. Durante la tormenta cayeron varios árboles, pero sólo en la parcela recién entresacada (entresaca realizada el año anterior) y, sorprendentemente, a pesar de los intensos vientos y los daños sufridos por los árboles, se dispuso de datos de 20 árboles en la parcela no entresacada y de 9 árboles en la entresacada.

Ahora, después de un análisis en profundidad y de hacer frente a los problemas debidos a los periodos de datos perdidos durante la tormenta, se ha publicado un artículo que documenta el comportamiento de los árboles durante el tifón y el mecanismo exacto de caída en la prestigiosa revista Science Advances con autores de Japón (Kana Kamimura, Kazuki Nanko, Asako Matsumoto, Saneyoshi Ueno), Francia (Barry Gardiner) y el Reino Unido (James Gardiner) (Kamimura et al., 2022).

El mensaje clave del documento es que los árboles son vulnerables inmediatamente después del clareo debido a la eliminación de los árboles vecinos. Estos árboles vecinos proporcionan una mayor “rigidez” y amortiguación al árbol en cuestión debido al choque casi continuo de las copas en la parcela no entresacada (https://youtu.be/pW9oMKlmcG8) que reduce la fuerza del viento que se transmite a través del tallo al sistema de raíces y del suelo. Sin embargo, en la parcela entresacada, con todos los árboles vecinos inmediatos eliminados, los árboles tienen más libertad de movimiento y la amortiguación de las colisiones se reduce sustancialmente. Observamos que estos árboles se movían de forma errática y, tras un rápido aumento de la velocidad del viento a medida que se intensificaba la tormenta, estos árboles empezaron a inclinarse cada vez más lejos de su posición inicial.

Algunos árboles fueron arrancados y cayeron, pero incluso los árboles no dañados de la parcela entresacada quedaron ligeramente inclinados tras el paso del tifón. En cambio, todos los árboles de la parcela no entresacada volvieron a su posición inicial. El vuelco de los árboles dañados no fue inmediato y se produjo en un periodo de una a dos horas. Algunos árboles presentaban daños en múltiples raíces pequeñas y el proceso de daños fue relativamente lento. En otros árboles se dieron evidencias claras de daños en una raíz importante al principio del periodo de vientos intensos y el proceso de caída fue más rápido.

La lección para la gestión forestal que se desprende de este estudio es que la interacción de las copas de los árboles en el dosel del bosque es crucial para la estabilidad de los árboles durante los vientos fuertes. Cualquier alteración del bosque que reduzca esta interacción de las copas, como el clareo, reduce inmediatamente la estabilidad de los árboles. Con el tiempo, la copa crecerá y los árboles se ajustarán a su nuevo entorno de vientos aumentando el tamaño de sus raíces y el diámetro del tallo (Dèfossez et al., 2021; Nicoll et al., 2019). Tras este ajuste, estos árboles entresacados serán más estables que los no entresacados (Mason y Valinger, 2013). La importancia de la interacción de las copas también puede ser la razón por la que los rodales irregulares son más estables (Mason, 2002; Pukkala et al., 2016) y por la que el clareo selectivo es una opción más sensata en regiones con un clima ventoso o para rodales forestales con árboles lo suficientemente grandes como para ser vulnerables a los daños del viento (Kerr y Haufe, 2011; Pommerening y Murphy, 2004).

Barry Gardiner

IEFC, Pierroton

17 de febrero de 2022

Referencias

Blunden, J., Arndt, D.S., 2019. State of the Climate in 2018. Bull. Am. Meteorol. Soc. 100. https://doi.org/doi:10.1175/2019BAMSStateoftheClimate.1.

Dèfossez, P., Rajaonalison, F., Bosc, A., 2021. How wind acclimation impacts Pinus pinaster growth in comparison to resource availability. For. An Int. J. For. Res. 1–12. https://doi.org/10.1093/forestry/cpab028

Kamimura, K., Nanko, K., Matsumoto, A., Ueno, S., Gardiner, J., Gardiner, B., 2022. Tree dynamic response and survival in a category-5 tropical cyclone : The case of super typhoon Trami. Sci. Adv. 8, 1–11.

Kerr, G., Haufe, J., 2011. Thinning Practice: A Silvicultural Guide. Forestry Commission, Edinburgh.

Mason, B., Valinger, E., 2013. Managing forests to reduce storm damage, in: Gardiner, B., Schuck, A., Schelhaas, M.-J., Orazio, C., Blennow, K., Nicoll, B. (Eds.), Living with Storm Damage to Forests: What Science Can Tell Us. European Forest Institute, pp. 89–98.

Mason, W.L., 2002. Are irregular stands more windfirm ? 75.

Nicoll, B.C., Connolly, T., Gardiner, B.A., 2019. Changes in spruce growth and biomass allocation following thinning and guying treatments. Forests 10, 253. https://doi.org/10.3390/f10030253

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Pukkala, T., Laiho, O., Lähde, E., 2016. Continuous cover management reduces wind damage. For. Ecol. Manage. 372, 120–127. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.04.014