在南瓜香料拿鐵和萬聖節裝飾品出現之前，秋天來臨最可靠的跡象在於樹冠，它的綠色讓位於黃色和紅色，然後樹葉紛紛落下。
這個過程受到秋季和全年天氣的塑造，這意味著不同的年份可能會產生截然不同的樹葉景觀。這也意味著，隨著氣候變化以更怪異的條件顯現，秋天將開始變得不同。研究正在發生的事情及其原因可能有助於科學家瞭解樹木和森林在這個關鍵的季節轉變中表現如何。
科爾比學院的生態學家阿曼達·加利納特說，隨著太陽開始更早落下，氣溫下降，“就像我們其他人一樣，樹木正在意識到秋天來了，冬天即將來臨”。對於某些樹木來說，寒冷天氣的到來不會改變它們的生存策略：大多數冷杉、松樹和雲杉將照常進行，在冬天看起來或多或少仍然是綠色的。但是，像大多數橡樹和楓樹這樣的落葉樹遵循不同的策略，它們會 Shed 樹葉，以光禿禿的樹枝度過冬天。
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這些樹木之所以變得光禿禿的，是因為在嚴酷的冬季，樹葉無法儲存足夠的能量來彌補樹木透過樹葉流失的水分。透過按照自己的時間表放下樹葉，落葉樹通常可以重新吸收這些樹葉中的一些寶貴養分，以便在下一個生長季節重複利用。這個過程展現為壯觀的秋葉景象。
在夏季，樹葉呈現綠色，因為光合作用的主要色素葉綠素反射綠光。但是葉綠素富含氮和其他有價值的成分，因此當條件允許時，樹木會在冬季臨近時將色素從樹葉中抽出。
在許多樹木中，例如銀杏樹和皂莢樹，去除葉綠素會顯露出稱為類胡蘿蔔素的黃色色素化合物。加利納特說：“變成黃色的物種全年都有這些色素，我們看到的是綠色消失了。”
其他物種，如紅楓和美國楓香樹，會產生新的色素——紅色和紫色的花青素——特別是為了秋季。“當植物從葉組織中回收養分時，這些有色色素就像葉組織的防曬霜，”北肯塔基大學的植物生態學家謝瑩瑩說。“它們沒有葉綠素來吸收光線，所以它們不希望受到陽光輻射的損害——這就是為什麼一些物種產生其他種類的顏色色素來吸收或反射輻射。”
因此，隨著白天變短，樹葉變成鮮豔的黃色、橙色、紅色或紫色，表明健康的樹木正在結束其生長季。但是，當時間和顏色程序出現偏差時，可能表明樹木正在掙扎。“因為壓力似乎是其中的一部分，所以秋色的早期出現通常是樹木健康的非常好的指標，”伊利諾伊州莫頓植物園的森林生態學家克里斯蒂·羅林森說。
兩個主要因素控制著向秋葉的過渡：白天的長度和氣溫下降，尤其是在晚上。精確的平衡往往取決於物種，有些物種對環境變化的反應比其他物種更敏感。
但是，無論樹木如何平衡其接收到的環境資訊，有時它都會誤判。當出現問題時，結果就不那麼漂亮了。夏季嚴重的乾旱有時會使樹木無法在整個生長季節維持樹葉，導致它們掉落綠色的樹葉。潮溼的秋季會助長真菌和害蟲的滋生，這些真菌和害蟲會消耗樹木的資源和樹葉的活力。早期的霜凍如果讓樹木措手不及，也會產生同樣的效果，或者可能導致樹葉在脫落之前直接從綠色變成棕色。這是因為結冰的水從內部撕裂了樹葉。羅林森說：“當樹葉結冰時，就像把一個裝滿水的水瓶放在冰箱裡一樣。“當冰形成和膨脹時，它會撐破你的水瓶。”
從表面上看，變暖的氣候似乎可以緩衝樹木免受早期霜凍造成的落葉。但這並非如此簡單，謝說，科學家們仍然有很多東西要學習，關於一年中極端溫度和降水事件如何累積起來影響秋葉。總體而言，在持續的氣候變化下，令人驚歎的秋葉前景黯淡。“我們預計，隨著氣溫升高，我們將看到秋季的活力下降，”加利納特說。
活力下降的部分原因來自於葉季的延長。隨著秋季氣溫變得溫和，對顏色變化有不同涼爽閾值的不同樹木將在更分散的時間開始冬季準備。這樣一來，您可能會看到一些樹木突然變色，然後在另一組樹木變色之前就掉落樹葉。
“樹木就像人：它們都是怪人。”
此外，森林生態系統本身不斷變化的構成將影響其通常的秋季景觀。本地物種與它們進化的環境完美協調，因此它們可能會被異常的季節性變化搞得措手不及。相比之下，入侵物種更有可能能夠應對這些變化，延長它們在春季和秋季的生長季，與本地物種相比，這為它們提供了更多的資源，加利納特說。這種現象可能會進一步稀釋秋季美麗的樹葉。
即使在考慮了各種因素之後，也很難預測秋葉的細微差別，因為每棵樹木都受其直接環境而非與其鄰居的協調所支配。“這是一個很好的機會，可以在您居住的地方進行尋寶遊戲，因為顏色的時間通常存在巨大差異，”羅林森說。“樹木就像人：它們都是怪人。”