尼尔·佩德森（Neil Pederson）接触树木年轮是在一位“善良又和蔼”的大学讲师的介绍下，尽管如此，佩德森说，这位讲师“是我经历过的最无聊的教授之一”。“我当时发誓再也不碰树木年轮了。”但树木年轮却不断地“纠缠”着他。作为一名未来的森林生态学家，他需要了解更多关于森林的历史。因此，他在研究生期间阅读了无数赞扬树木年轮在揭示森林过去方面重要性的文章。最终，“我爱上了树木年轮中蕴含的美丽和丰富的信息，”他说。“从那时起，树木年轮向我展示了树木和森林惊人的韧性。我被迷住了。”如今，他和同事们正在利用这些来自大自然古老记录中的内在数据，来更好地了解气候变化和碳动态对森林的影响，这些数据尤为宝贵，因为长寿树木的记录可以追溯到几十年前，甚至几个世纪前。这远远超过了现代卫星图像、二氧化碳测量和计算机模型的记录，这些高科技信息收集手段只能追溯到大约30年前。“树木年轮可以增强这些记录，”佩德森说。“卫星记录……只代表了树木生命中的一小部分，更不用说森林的‘生命’了。此外，它只能捕捉一个地区的‘正常’天气，而且正如我们正在了解的那样，气候会随着时间而变化。你夜间天气预报中的天气正常值或平均值是基于30年的平均数据。所以，虽然卫星记录在覆盖空间方面很好，但由于这些记录时间很短，它们在告诉我们关于森林的信息方面可能有限。”
现任哈佛大学（Harvard University）占地4000英亩的 哈佛森林（Harvard Forest） 的资深生态学家的佩德森，与哥伦比亚大学（Columbia University） 拉蒙特-多尔蒂地球观测站（Lamont-Doherty Earth Observatory） 副研究教授莱娅·安德鲁-海耶斯（Laia Andreu-Hayles）以及苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）森林管理研究负责人马修·勒韦斯克（Mathieu Levesque）一起，分析了树木年轮，以确定他们所获得的信息是否能与高科技设备的精度相匹配。他们想知道这些年轮是否可以作为长期研究森林碳储存和气候变化的代理，并发现它们确实可以。
森林是重要的碳“汇”，吸收了由于燃烧化石燃料而释放到大气中的导致地球升温的二氧化碳。但关于森林现在或过去储存了多少碳，我们“知之甚少”，而且科学家们直到最近几年才开始了解气候变化的过去影响。
科学家们检查了来自东部美国三个气候差异地区的两种广泛分布的树种——郁金香杨（Liriodendron tulipifera）和北方红橡（Quercus rubra）的年轮样本——然后分析了其中储存的碳和氧分子，即稳定同位素。他们将其与卫星估算值进行了比较，发现在每一年以及随着时间的推移，两者都高度一致。顺便说一句，没有树木在获取年轮的过程中被摧毁。相反，科学家们为每个样本提取一个钻芯，每个钻芯的宽度都比铅笔略窄。
“我们的研究是首次将树木年轮中的稳定同位素与最新一代的卫星生产力估算值进行比较，”勒韦斯克说。“我们利用了新开发的卫星数据，这是我们研究的主要创新之处。”
他们的研究结果发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
“郁金香杨是我最喜欢的树之一，它对降雨非常敏感，”佩德森说。“事实上，它们被认为是旱生落叶的。（这类植物在干旱或缺水期间会落叶。）在1999年纽约市地区干旱期间，一些郁金香杨由于当年的干燥而在8月份变黄并落了很多叶子。2005年，在肯塔基州，8月份干旱后，我每天上班路过的三棵郁金香杨在9月份雨水回归时开始长出新叶。我惊呆了。这些观察让我觉得这个物种可能是（研究的）一个好选择。”
佩德森说，郁金香杨对土壤中的水量非常敏感。他还补充说，“它对于美国东部大部分地区的木材和生态学来说是一个重要的物种……我们还选择了坚韧的北方红橡，因为它有不同的生理特征、作为物种的重要性以及作为研究森林生产力有价值的物种。”
勒韦斯克表示同意。“这两种树都非常适合研究，”他说。“它们广泛分布于北美东部，并且对气候敏感，这使它们成为我们研究的理想物种。”此外，“年轮就像一个温度计和雨量计，很好地记录了气候，”他补充道。
事实上，年轮显示，无论气候如何，水分的可获得性是影响森林年增长的最大因素。“这些阔叶树需要水分才能生长，”安德鲁-海耶斯说。“有些人可能认为在湿润的地区，水分不重要，但我们的研究发现，即使在像今天这样非常潮湿的时期，这些树木仍然对湿度的变化敏感。树木年轮中测得的稳定同位素对追踪湿度非常敏感。”
勒韦斯克表示同意。“水分的可获得性是美国东北部、东南部和中部温带森林生长最重要因素之一，”他说。“但这并不意味着更多的水分[意味着]更多的生长，因为过于潮湿的条件也可能是一个限制因素。我们所说的‘无论气候如何’，仅仅是指水分是树木生长和生产力的主要限制因素，而不受研究地点当地气候条件的影响。”
这很重要，因为气候变化已经带来了一个以极端天气事件急剧增加为特征的时代，包括长期干旱、强降雨和洪水以及危险的热浪，因此关于历史气候波动的更多信息可能有助于预测未来气候对森林的影响。专家们认为森林的健康是缓解碳污染的关键因素。
佩德森指出，16世纪和17世纪的干旱被认为比近几个世纪的干旱要严重得多，但他表示，这可能是因为气候变化——通过在某些地区引发更强烈的降雨——使得早期的干旱看起来很严重。“然而，需要记住的重要一点是，尽管预计未来美国东北部和东部地区的降雨量会增加，但与气候变化相关的变暖将增加蒸发量以及植物的干旱压力，”佩德森说。“尚不清楚会发生什么。”
他表示，可能的情况是，随着世界一些地区变得越来越湿润，但变暖却降低了夏季该地区的水总量，这将加剧干旱。或者，会变得如此潮湿，以至于变暖的增加会抵消降雨量的增加。或者——如果降雨量减少——即使看起来可用水量没有改变，变暖的增加也会加剧树木的干旱压力。
研究人员希望扩大他们的研究范围，检查更多的树木和更多的物种，并追溯更长远的时间。“考虑到最长的遥感数据始于1982年，而树木可以活数百年，这类工作将非常重要，”安德鲁-海耶斯说。
佩德森表示同意。“这类研究将为我们深入了解这些树木如何应对气候和极端气候事件提供大量信息……我们可以从树木的记忆中学习到很多东西，”他说。
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
