本研究主要探討台北都會區都市蔓延與氣候暖化之關係，實證分析是否都市蔓延的發展形態會造成氣溫的上升。有研究指出台灣的歷年氣溫上升是因為近年來工商業急速發展，人口增加，建築物型態改變，交通運輸量激增等所致。國內外許多研究也發現都市化與氣溫是呈現正相關，而綠地與氣溫呈現負相關。 本研究實證分析部分使用地理資訊系統之內差法和空間分析方法，以及迴歸分析使用panel data之固定效果模型等工具，內插法之結果得到台北都會區年平均氣溫自1996年至2006年約上升1℃，有些地區甚至上升約2℃，且上升之溫度範圍有擴大的趨勢，呈現放射狀的溫度分布，此與都市蔓延之放射狀發展形態類似。使用空間分析方法則證實了一地人口數的增加會造成該地氣溫上升，並且也發現近來人口數多增加在都市外圍地區，這與上述氣溫分布和都市蔓延之放射狀發展形態也相符合。 迴歸分析結果顯示人口數對於氣溫有相當大之正相關，耕地面積對氣溫則呈現負相關，可見得擁有廣大綠地可以降低區域之氣溫，減緩氣候暖化，因此建議政府需檢討當前農地政策，配合環境保護，適合時宜的提出正確之政策。另外在各鄉鎮市區固定效果估計量方面，可以歸納出若一地區有廣大的公園、綠地、或是有河川流域的經過，對於降低當地氣溫有明顯的幫助；時間趨勢之固定效果估計量顯示台北都會區隨著時間的經過，氣溫將持續上升。因此在未來都市規劃方面，規劃者必須了解各地區特性，善加利用其自然環境以調和氣候暖化之影響、多設置公園綠地、多種植綠色植物、在道路周邊行道樹的設置、建築物間風場之設計等。如此將可以降低都市蔓延對氣候暖化的影響，以及防止氣候暖化的發生。 / In this study, we research the relationship between urban sprawl and climate warming in Taipei metropolitan area. Analyze empirically whether the developed shape of urban sprawl causes the climbing of the temperature. Some studies indicate that the reasons why the climate is getting warmer in Taiwan are the high-speed developments of industry and commerce, the increase of population, the changes of the buildings and the huge increase of the traffic volume. Some other studies also find out that there is a positive correlation between the urbanization and the temperature, and there is a negative correlation between the green space and the temperature. The empirical analysis in this study is based on the Interpolation Method and Spatial Analysis of GIS. And the regression analysis is based on the Fixed Effect Model of Panel Data. The yearly average temperature increased about 1℃ to 2℃ in the Taipei metropolitan area from 1996 to 2006. Furthermore, the range of the increasing temperature has been trending up, and it reveals a radial distribution. It is similar to the radial developed shape of urban sprawl. By using Spatial Analysis, we prove that the temperature of an area increases when the population rises. And we find out that the population rises in most of the peri-urban areas. It also answers to the radial developed shape of urban sprawl and the distribution of the temperature as above. The result of using the regression analysis shows that there is a positive correlation between the number of the population and the temperature and is a negative correlation between the farmland areas and the temperature. So that if there is a big green space, it can decrease the temperature in an area, reduce climate warming. For this reason, I suggest that the government should review our current farmland policy, which should be worked with the environmental protection policy, and bring it into practice at the right time right place. From the fixed effect estimation, we concludes that it helps decrease the temperature in an area obviously when there is a big park, big green space or where a river passing through. The time trend of the fixed effect estimation indicates that the climate in the Taipei metropolitan area will be getting warming with time goes by. Therefore, the urban planner should know better of the feature in each area, using the natural environment to accommodate the influence of climate warming. To have more parks, green spaces and plants, plant more trees by the roads, design the wind flow between buildings. Cut down the carbon production by using either way. Thus and so, we can reduce the influence of urban sprawl to climate warming, and also prevent climate warming.

Ecosystems currently face widespread biodiversity losses and other environmental disturbances, such as climate warming, related to increased anthropogenic activities. Within this context, scientists consider the effects of such changes on the biodiversity, and hence on the activity, of soil microorganisms. Indeed, soil microorganisms mediate a wide range of soil processes. Currently, knowledge on soil microbial diversity is still limited, partially due to technical limitations. The advent of molecular-based analyses now allows studying the soil microbial diversity. These advances in the study of soil microbial communities have lead to a growing evidence of the critical role played by the microbial community in ecosystem functioning. This relationship is supposed to be relevant for narrow processes, regulated by a restricted group of microorganisms, such as the nitrification process. This PhD thesis aimed at studying ammonia oxidizing bacteria (AOB) community structure and richness as an integrated part of soil functioning. This research aimed at investigating the effect of aboveground plant diversity on ammonia oxidizing bacteria diversity and function in forest and grassland soils with focus on the influence of (a) functional group identity of grassland plants (legumes, grasses, forbs), (b) grassland plant species richness and (c) tree species, on AOB diversity and function. Another objective of this research was to study the effect of a 3°C increase in air temperature on AOB diversity and function. The link between AOB diversity and function (potential nitrification) is also investigated. For grassland ecosystems, a microcosm experiment was realized. An experimental platform containing 288 assembled grassland communities was established in Wilrijk (Belgium). Grassland species were grown in 12 sunlit, climate controlled chambers. Each chamber contained 24 communities of variable species richness (S) (9 S=1, 9 S=3 and 6 S=9).The grassland species belonged to three functional groups: three species of each grasses (Dactylis glomerata L., Festuca arundinacea SCHREB., Lolium perenne L.), forbs (non-N-fixing dicots; Bellis perennis L., Rumex acetosa L., Plantagolanceolata L.), and legumes (N-fixing dicots; Trifolium repens L., Medicago sativa L., Lotus corniculatus L.). Half of these chambers were exposed to ambient temperature and the other half were exposed to (ambient +3°C) temperature. One ambient and one (ambient+3°C) chambers were destructively harvested 4, 16 and 28 months after the start of the experiment. The influence of plant functional group identity on the nitrification process and on AOB community structure and richness (AOB diversity) was assessed in soils collected from the first two destructive amplings (chapter 2). The effect of plant species richness on AOB diversity and function was considered for soils sampled after 16 and 28 months (chapter 3). AOB function was determined by potential nitrification. AOB community structure and richness were assessed by polymerase chain reaction followed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and sequencing of excised DGGE bands. I found that functional group identity can affect AOB community structure. In particular, the presence of legumes, both in monoculture or in mixture with forbs and grasses, lead to AOB community composition changes towards AOB clusters tolerating higher ammonium concentrations. This change in AOB community structure was only linked to increased potential nitrification under monocultures of legumes, when ammonium was supposed to be not limiting. This study revealed that physiological attributes of AOB and resource availability may be important factors in controlling the nitrification process. This research showed that the impact of plant species richness on the nitrification process could be mediated by the interactions between plants and AOB, through competition for substrate. A 3°C increase in air temperature did not affect AOB community structure, richness or function. In forest ecosystems, we studied the effect of tree species in forest sites located in Belgian and in the Grand-Duchy of Luxembourg covered each by several deciduous or coniferous tree species (Fagus sylvatica L., Quercus petraea (Mattuschka) Lieblein, Picea abies (L.) Karst, Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco). We investigated the influence of these tree species on microbial processes (chapter 5) related to C and N cycling, particularly with emphasize on the nitrification process and on the diversity of AOB (chapter 6). The results showed that the effect of tree species on net N mineralization was likely to be mediated through their effect on soil microbial biomass, reflecting their influence on organic matter content and carbon availability. Influence of tree species on nitrification (potential and relative) might be related to the presence of ground vegetation through its influence on soil ammonium and labile C availability. AOB community structure was more site-specific than tree specific. However, within sites, AOB community structure under broadleaved trees differed from the one under coniferous trees. The effect on tree species on AOB was likely to be driven by the influence of tree species on net N mineralization, which regulates the substrate availability for AOB. The results also demonstrated that the relationship between AOB diversity and function might be related both to AOB abundance and AOB community structure and richness. This thesis showed no clear relationship between AOB community structure or richness and AOB function. However, we revealed that aboveground grassland plant richness, grassland plant functional groups and tree species influence AOB community structure and richness. Actuellement, les écosystèmes sont soumis à dimportantes pressions anthropiques et environnementales, pouvant aboutir à des pertes massives de biodiversité. Les scientifiques sinterrogent sur limpact de ces perturbations sur la diversité et, par conséquent, sur lactivité des microorganismes du sol. En effet, ceux-ci régulent de nombreux processus du sol. Actuellement, de nombreuses lacunes subsistent dans la connaissance de la diversité microbienne du sol. Celles-ci peuvent être partiellement attribuées aux difficultés méthodologiques associées à l'étude des micro-organismes du sol. Lavènement des techniques moléculaires nous permet de combler ces lacunes. Les avancées réalisées dans l'étude des communautés microbiennes du sol ont mis en évidence le rôle crucial joué par les communautés microbiennes dans le fonctionnement des écosystèmes. De plus, il semblerait que les processus régulés par un groupe restreint dorganismes, tel le processus de nitrification, soient plus sensibles à toute altération de la communauté. Lobjectif de cette thèse était détudier la structure de la communauté ainsi que la richesse (nombre de bandes DGGE) des bactéries oxydant lammoniac (AOB) comme une partie intégrante du fonctionnement des sols. Notre étude se focalisait sur linfluence de (a) différents groupes fonctionnels de plantes (graminées, légumineuses, dicotylédones), (b) communautés de plantes présentant une richesse spécifique croissante et (c) différentes essences forestières, sur la diversité (structure de la communauté et richesse des AOB) et la fonction des AOB. Cette recherche étudiait également limpact dune augmentation de température de 3°C sur ces paramètres. Létablissement dun lien éventuel entre la diversité et la fonction (nitrification potentielle) des AOB a aussi été envisagé. Concernant les écosystèmes prairiaux, nous avons réalisé une étude en microcosmes. Une plateforme expérimentale comprenant 288 communautés artificielles de plantes a été établie à Wilrijk (Belgique). Cette plateforme consistait en 12 chambres, dont une moitié était à température ambiante et la seconde était à température ambiante augmentée de 3°C. Chaque chambre contient 24 communautés de plantes de richesse spécifique variable (9 S=1, 9 S=3 et 6 S=9). Les communautés de plantes sont créées avec 9 espèces de plantes appartenant à trois groupes fonctionnels : 3 espèces de graminées (Dactylis glomerata L., Festuca arundinacea SCHREB., Lolium perenne L.), de légumineuses (dicotylédones fixatrices dazote ;Trifolim repens L., Medicago sativa L., Lotus corniculatus L.), et de dicotylédones non fixatrices dazote (Bellis perennis L., Rumex acetosa L., Plantago lanceolata L.). Les sols issus dune chambre à température ambiante et dune chambre à température ambiante augmentée de 3°C ont été échantillonnés, respectivement, 4, 16 et 28 mois après le début de lexpérimentation. Linfluence des groupes fonctionnels de plantes sur le processus de nitrification ainsi que sur la structure de la communauté et la richesse des AOB a été mesuré sur les sols issus des deux premiers échantillonnages (chapitre 2). Nous avons mesuré leffet de la richesse croissante en plantes sur la diversité et lactivité des AOB sur les sols échantillonnés après 16 et 28 mois dexpérimentation (chapitre 3). La structure de la communauté ainsi que la richesse des AOB ont été évaluées à laide dune amplification spécifique par réaction de polymérisation en chaîne (PCR) de lADN génomique extrait du sol suivie par une séparation par électrophorèse sur gel dacrylamide en présence dun gradient dénaturant (DGGE). Nous avons identifié les différentes AOB présentes par séquençage des bandes DGGE excisées. Nos résultats ont montré que les différents groupes fonctionnels peuvent affecter la structure de la communauté des AOB. En particulier, la présence de légumineuses, aussi bien en monoculture quen mélange avec des graminées ou des dicotylédones non fixatrices dazote, provoque des changements au sein de la structure de la communauté des AOB, favorisant la présence de clusters tolérants des concentrations en ammonium plus élevées. Ces changements de la structure de la communauté des AOB sont liés à des augmentations de la production potentielle de nitrates (nitrification potentielle) quand lammonium est supposé être non limitant. Cette étude révèle que la physiologie des AOB ainsi que la disponibilité en substrat peuvent être des facteurs majeurs intervenant dans le contrôle du processus de nitrification. Cette recherche montre que linfluence de la richesse spécifique des plantes sur la nitrification pourrait dépendre des interactions entre les plantes et les AOB via la compétition pour le substrat. Une augmentation de la température de lair de 3°C na pas influencé les richesse, structure de la communauté ou les fonctions des AOB. Pour les écosystèmes forestiers, nous aborderons leffet de différentes essences forestières (Picea abies (L.) KARST, Fagus sylvatica L., Quercus petraea LIEBLEIN ; Pseudotsuga menziezii (MIRB.) FRANCO) dans différents peuplements au Grand Duché du Luxembourg et en Belgique. Nous avons étudié l'influence de ces essences forestières sur les processus microbiens (chapitre 5) liés aux cycles du carbone et de lazote, en particulier leur effet sur le processus de nitrification et la diversité des AOB (chapitre 6). Notre étude révèle que linfluence des essences forestières sur la minéralisation nette de lazote pourrait être attribuable à leur effet sur la biomasse microbienne, reflétant ainsi leur effet sur la teneur en matière organique et la disponibilité en carbone. Limpact des essences forestières sur la nitrification (à la fois sur la nitrification relative et sur la nitrification potentielle) serait conditionné par la présence de végétation au sol, en raison de linfluence de celle-ci sur la disponibilité en ammonium et en carbone labile. Nous avons observé que la structure de la communauté des AOB était plus spécifique aux sites quaux essences forestières. Cependant, au sein dun site, elle différait sous feuillus et sous conifères. Les essences forestières influenceraient la structure de la communauté des AOB au travers de limpact quelles ont sur la minéralisation nette de lazote qui régule, quant à elle, la disponibilité en ammonium. Cette recherche démontre que le lien observé entre la diversité et la fonction dépendrait la fois de labondance, de la structure de la communauté et de la richesse des AOB. Cette thèse na révélé aucune relation claire entre la structure de la communauté ou la richesse des AOB et leur fonction. Par contre, nous avons observé que la richesse spécifique et les groupes fonctionnels de plantes prairiales et les essences forestières affectent la structure de la communauté et la richesse des AOB.

La végétation herbacée est un bon indicateur des conditions environnementales, et elle a pour cela été utilisée pour la mise en évidence des changements environnementaux causés par les actions humaines, tels qu'eutrophisation, dépôts atmosphériques acides, changements de l’usage des sols ou de la pression d'herbivorie. Depuis peu, on s’intéresse à la réponse de la végétation aux changements climatiques. Le choix des zones d'étude se porte naturellement sur la montagne, où le gradient thermique induit par le relief y est fort (-0,56°C pour 100 mètres d'altitude), et où l'urbanisation et la pression agricole sont moindres par rapport aux zones de plaine, favorisant ainsi une réponse migratoire des espèces précoce et non biaisée. Afin de s'affranchir des effets potentiels des changements d'usage du sol, une partie de cette thèse est consacrée aux milieux forestiers dans lesquels l'effet du pastoralisme est réduit. Par ailleurs, une méthode basée sur la modélisation des changements de la réponse de la végétation au gradient d'altitude est développée, permettant ainsi d'étendre l'utilisation de données anciennes à des séries de relevés non géolocalisés. En s'appuyant sur cette méthode, deux caractéristiques de la végétation ont été analysées : la position de l'optimum d'espèces prises individuellement d'une part, et les changements de la valeur indicatrice des communautés végétales d'autre part. Par ailleurs, on a étudié les déplacements à long terme de la limite inférieure des espèces, pour tester la réponse des espèces en limite inférieure de leur distribution. Enfin, on a étudié l'évolution de la flore d'une zone très localisée, protégée par une large barrière physique constituée de deux glaciers permettant de s'affranchir des effets potentiels d'autres perturbations anthropiques concomitantes. Chacun des cas étudiés montre une remontée des espèces en altitude. Cependant, d'autres phénomènes expliquant la réponse de la végétation sont clairement mis en cause : fermeture et maturation du couvert forestier, eutrophisation importante, probable fragmentation de l'habitat ou dispersion par les randonneurs. Ces perturbations anthropiques directes jouent à des échelles de temps et d'espace comparables à l'effet anthropique indirect du changement climatique. Il est donc primordial de les prendre en compte dans les changements de végétation observés, avant de conclure à un effet du réchauffement climatique seul / Herbaceous vegetation is a good bio-indicator of environmental conditions, and was often used to detect and to put in evidence environmental changes caused by anthropogenic activities, like eutrophication, acid atmospheric deposit, land-use change and herbivory pressure. More recently, the interest had focused on the response of vegetation to climatic change. Mountains were naturally chosen as study areas, since the thermal gradient induced by the relief is strong (-0.56°C for 100m a.s.l.) and urbanisation and agricultural pressure are weaker than in lowlands, thus promoting early and unbiased migratory response of species. To free oneself from potential effects of land use change, a part of this PhD is devoted to mountain forest habitat, where pastoralism effects are reduced. Moreover, a method is developed, based on the modelling of changes in vegetation response to elevation gradient, allowing extending the use of historical data to non-geolocalized dataset. With this method, two characteristics of vegetation were analysed: the optimum position of individual species on the one hand, and changes in the indicator value of plant communities on the other. Furthermore, the long-term shift of species’ lower limit is studied, to test the species response at their lower limit. The last part focuses on changes in the flora of a really localised area, protected by a broad physical barrier formed by two glaciers, allowing to free from potential effects of other parallel anthropogenic disturbances. Every studied case shows a shift of species toward higher elevations. However, other phenomena explaining vegetation response became also evident in our study: forest closure and maturation, important eutrophication, probable habitat fragmentation and dispersal by hikers. Those direct anthropogenic disturbances play a role comparable in space and time to the indirect anthropogenic impact of climate change. Thus, it is essential to consider them in the observation of vegetation changes, before assigning the effects to climate warming only

Le dernier rapport du GIEC confirme clairement des projections climatiques prévoyant une augmentation des températures et de leur variabilité à la fin du XXIème siècle. Les effets de ces changements sur la production et la qualité des fruits ont été étudiés dans le cadre du projet CAQ40(INRA). Les expérimentations menées sur des pêchers en pot placés sous différents climats (témoin,+2°C et +5°C), ont permis d’identifier les processus (phénologie, développement, croissance,photosynthèse, métabolisme) les plus sensibles à l’élévation des températures et leurs conséquences sur le développement et la composition des fruits et la pérennité de la production.L’élévation de température a augmenté la demande climatique entraînant une diminution du potentiel hydrique des arbres, ce qui a pu entrainer une concentration des composés d’intérêt dans le fruit. La réduction du taux de photosynthèse des feuilles dans des conditions de forte température est liée à une inhibition de la photosynthèse par les températures élevées et à un contrôle stomatique lié au statut hydrique.Après floraison, l’élévation de température accélère la croissance végétative, induisant une mise en place de la surface foliaire anticipée. Cette croissance végétative précoce a eu pour conséquence (i) une dynamique très rapide d’élongation des axes en pousse longue (ii) une dominance apicale plus marquée, (iii) une diminution de la ramification des axes axillaires,contrairement aux traitements thermiques plus tardifs qui ont eu un effet défavorable sur l’initiation et la différenciation des bourgeons floraux réduisant le potentiel de production l’année suivante.En outre, l’augmentation de température après floraison a entraîné un raccourcissement très marqué de la durée de croissance du fruit, avec une date de récolte anticipée de près de 3semaines. Ce raccourcissement de la durée de croissance du fruit a entraîné une diminution du flux entrant de carbone dans le fruit, pénalisant sa croissance et sa qualité. Le climat très différent entre les deux années expérimentales a entrainé une forte variabilité de la composition des fruits entre les deux années d’expérimentation. En 2014, une élévation de température précoce ou continue a conduit à récolter des fruits de petites tailles ayant des concentrations et des teneurs en saccharose plus importantes. En 2015, la durée de développement entre floraison et maturité était encore plus courte qu’en 2014 ce qui pouvait être lié au climat plus chaud de 2015 et les fruits ont été moins sucrés et plus acides que ceux de 2014. Toutefois, l’élévation des températures en fin de développement en 2015 a augmenté les teneurs et les concentrations en hexoses et en sorbitol liées à un effet concentration mais également à un effet sur le métabolisme. L’élévation des températures en milieu et en fin de cycle a également favorisé l’accumulation d’acide malique et citrique. Les fortes températures n’ont pas eu beaucoup d’effet sur la vitamine C et ont soit augmenté ou diminué les teneurs en composés phénoliques. Les effets d’une élévation de la température sur le métabolisme sont donc très dépendants du stade de développement du fruit.L’utilisation de modèle à l’échelle du fruit (Virtual Fruit) et à l’échelle de l’arbre (QualiTree)pourrait permettre de simuler à la fois l’effet de l’environnement et des pratiques culturales sur la croissance et la qualité du fruit, et donner une vision plus intégrée du fonctionnement de la plante sous contraintes environnementales. / The latest IPCC report clearly confirms the climate projections for increasing temperaturesand their variability at the end of the 21st century. The effects of climate changes in fruit yield andquality have been studied in a project funded by INRA (project CAQ40, Metaprogramme ACCAF).Experiments carried out on potted peaches placed in different climates (control, +2 ° C and + 5 ° C),allowed the identification of the processes (phenology, development, growth, photosynthesis,metabolism) most sensitive to rising temperatures and their consequences on the development andcomposition of fruits and the sustainability of production.Higher temperature has increased the demand for water, leading to a decrease in the waterpotential of the trees, which may have led to a concentration of the compounds of interest in thefruit. The reduction of leaf photosynthesis under high temperature conditions was related to theinhibition of photosynthesis by high temperatures and stomatal control related to water status.After flowering, the rise in temperature accelerates the vegetative growth, triggering a more rapidestablishment of leaf area. This early vegetative growth resulted in: (i) very rapid dynamics ofelongation of the axes in long shoot (ii) a more pronounced apical dominance, (iii) a decrease in theaxillary axial branching. In contrast the later heat treatment had an adverse effect on the initiationand differentiation of floral buds reducing the production potential in the following year.In addition, the increase in temperature after flowering resulted in a marked shortening ofthe fruit growth period, with an expected harvest date almost 3 weeks earlier. This shortening offruit growth duration has led to a decrease in the flow of carbon entering the fruit, penalizing itsgrowth and quality. The very different climates between the two experimental years resulted in ahigh variability in fruit composition between the two years of experimentation. In 2014, increasedtemperature during the early stage of fruit development or continuously led to the harvest ofsmaller fruit with higher concentrations and higher sucrose content. In 2015, the time durationbetween flowering and maturity was even shorter than in 2014, which could be linked to thewarmer climate of 2015. In 2015 fruits were less sweet and acidic than those of 2014. However, therise of temperatures at the end of fruit development in 2015 increased the levels andconcentrations of hexoses and sorbitol; this increase was partially due to a concentration effect butalso to an effect on fruit metabolism. Increased temperatures in the middle and at the end of fruitdevelopment also favoured the accumulation of malic and citric acid. The high temperatures did nothave much effect on vitamin C and either increased or decreased the levels of phenolic compounds.The effects of an increase in temperature on the metabolism are therefore very dependent on thestage of fruit development.The use of a Fruit‐scale model and a tree‐level (QualiTree) model could simulate both the effect ofthe environment and cultural practices on the growth and quality of the fruit, and give a moreintegrated view of the plant's functioning under environmental constraints.

Abstract Anthropogenic climate change and habitat loss and deterioration affect populations worldwide. Climate warming has changed phenologies of many species across trophic levels. Some predator populations now experience temporal mismatches with their prey, as timings of peak prey abundance and of the predator’s highest food demands no longer meet. The temporal mismatch hypothesis suggests that the population’s recruitment rate is related to its degree of synchrony with the food resources needed to feed offspring. However, species’ and populations’ responses to climate warming differ. Human land use alters and destroys habitats of countless species. For example, many boreal forest bird populations have declined, presumably due to intensive forestry. It has decreased the amount of dead wood, causing a threat to saproxylic species. Identification of the key characteristics of high-quality habitats is essential for conservation planning and for developing sustainable forestry. As individuals are suspected to settle in habitats that maximize their fitness, analysis of nest site selection can be used to identify the key habitats. My dissertation concerns the impacts of climate change and habitat deterioration on boreal populations. I use hole-nesting passerines as model species. By utilizing long-term data I show that breeding phenologies of Parus major and Poecile montanus, but not of Cyanistes caeruleus, have shifted earlier. Also, the timing of the food peak has advanced, improving the synchrony between P. montanus and caterpillars. In P. major and C. caeruleus, synchrony has remained good. However, the positive effect of good synchrony on breeding success seems to be conditional, arising only in certain circumstances, such as in years of high caterpillar abundance. I suggest that in boreal populations temperature affects timing of breeding mostly as a proximate factor. The availability of standing decaying trees used for nesting sites was the most important habitat characteristic determining the nest site selection of P. montanus. Remote sensing data alone was insufficient to produce reliable models, as the ecologically important small-scale factor can only be determined by direct field surveys. Omission of forest thinning in selected forest sites would ensure the continuous availability of decaying wood with positive influence on biodiversity in managed forests. / Tiivistelmä Ihmisen aiheuttama habitaattien katoaminen ja huononeminen sekä ilmastonmuutos vaikuttavat populaatioihin kaikkialla maailmassa. Ilmaston lämpeneminen on muuttanut monien lajien fenologioita eri trofiatasoilla. Osalla saalistajalajien populaatioista suurin ravinnontarve ei enää ajoitu samaan aikaan saaliin runsaushuipun kanssa. Ajoituksen eriaikaisuus -hypoteesin mukaan todennäköisyys populaatioon rekrytoitumiselle riippuu synkronian asteesta saaliin kanssa. Ilmaston lämpenemisen vaikutuksissa lajeihin ja populaatioihin on kuitenkin vaihtelua. Ihmisen maankäyttö muuttaa ja tuhoaa lukuisien lajien elinympäristöjä. Esimerkiksi useiden boreaalisten metsien lintupopulaatioiden pienentymistä on selitetty intensiivisellä metsätaloudella. Lahopuun määrä metsissä on vähentynyt, mikä on uhka lahopuusta riippuvaisille lajeille. Korkealaatuisten habitaattien keskeisten piirteiden tunnistaminen on tärkeää luonnonsuojelun ja kestävän metsätalouden suunnittelulle. Koska yksilöiden oletetaan valitsevan niiden kelpoisuutta maksimoivia elinympäristöjä, pesäpaikanvalinta-analyysiä voidaan käyttää tärkeiden habitaattipiirteiden tunnistamiseen. Tarkastelen väitöskirjassani ilmastonmuutoksen ja habitaattien laadun vaikutuksia boreaalisiin populaatioihin. Mallilajeina käytän koloissa pesiviä varpuslintuja. Hyödyntämällä pitkäaikaisaineistoja osoitan, että lisääntymisen ajoittuminen on aikaistunut tali- ja hömötiaisella, mutta ei sinitiaisella. Myös ravintohuippu on aikaistunut, mikä on parantanut synkroniaa hömötiaisen ja sen pääasiallisen ravinnon eli toukkien välillä. Tali- ja sinitiaisella synkronia on pysynyt hyvänä. Hyvän synkronian myönteinen vaikutus lisääntymismenestykseen vaikuttaa kuitenkin ehdolliselta: se tulee esiin vain tietyissä olosuhteissa, kuten vuosina jolloin toukkia on runsaasti. Kevään lämpötilat näyttävät vaikuttavan pesinnän ajoittumiseen erityisesti proksimaattisena tekijänä. Pesäpaikkoina toimivien seisovien lahopuiden määrä on tärkein hömötiaisen pesäpaikanvalintaa määräävä tekijä. Kaukokartoitusaineisto yksinään ei riitä luotettavien mallien tuottamiseen, sillä ekologisesti tärkeät pienen skaalan tekijät voidaan kartoittaa vain suorin maastomittauksin. Metsien harventamatta jättäminen valituilla laikuilla turvaisi lahopuun jatkuvan saatavuuden, mikä vaikuttaisi myönteisesti talousmetsien biodiversiteettiin.

Le changement climatique mondial et les perturbations anthropiques affectent fortement les écosystèmes. Malgré des études à grande échelle axées sur la biodiversité, la façon dont les perturbations anthropiques influencent les divers aspects de l'écologie et de l'évolution des populations a également attiré une attention considérable. Cette thèse explore le stress amené par le changement climatique global sur les populations animales, en utilisant le système modèle du lézard commun (Zootoca vivipara) et de ses ectoparasites (un acarien du genre Ophionyssus et une tique Ixodes ricinus). La première étude aborde l'hypothèse de la compétition induite par les co-infections. La médiation environnementale est suggérée pour expliquer la cooccurrence entre ces deux espèces de parasites. La seconde étude utilise des données spatiales à long terme pour examiner les effets du réchauffement climatique sur l'infection parasitaire, la forme physique de l'hôte et la différence entre les différents phénotypes de l'hôte dans leurs réponses à ces stress (différences intraspécifiques). Des stratégies alternatives pour faire face à l'infection parasitaire et au réchauffement climatique sont validées, et un arbitrage phénotypique entre la défense contre le parasitisme et la survie est détecté. Cette étude confirme également une interaction phénotype - environnement, indiquant qu'au sein de la même population, certains phénotypes pourraient être plus vulnérables que d'autres sous la pression de la perturbation anthropique. La troisième étude se concentre sur les changements de comportement et de syndromes comportementaux dépendants du parasitisme et des différents états de l'hôte. Des traits reproductibles avec un biais sexuel sont identifiés, ainsi qu'un syndrome comportemental d'évasion-audace. L'état individuel (la gravité) semble affecter la stabilité du syndrome comportemental. Cependant, les effets causals du parasitisme restent vagues et doivent être confirmés par des expériences de contrôle. / Global change and anthropogenic disturbances are intensely affecting the earth ecosystem. Despite large-scale studies focusing on biodiversity, how anthropogenic disturbances could influence various aspects of population ecology and evolution has also drawn tremendous attention. This thesis explores the stress of global change imposed on the animal population, by using the model system of the common lizard (Zootoca vivipara) and its ectoparasites (one mite in the genus Ophionyssus and one tick Ixodes ricinus). The first study addresses the hypothesis in competition induced by co-infections. Environmental mediation is suggested to explain the co-occurrence between these two species of parasites. The second study uses a spatial and a long-term data to examine climate warming effects on parasite infection, host fitness, and how distinct host phenotypes differ in their responses to these stresses (intraspecific differences). Alternative strategies to cope with parasite infection and climate warming are validated, and a phenotype-dependent trade-off between defense against parasitism and survival is detected. This study also confirms a phenotype-by-environment interaction, indicating even within the same population, certain phenotype could be more vulnerable than others under the anthropogenic perturbation. The third study focuses on changes of behavior and behavioral syndromes under effects of parasitism and host states. Repeatable traits with sex bias are identified, so along with a boldness-escape behavioral syndrome. Individual state (gravidity) seems to affect the stability of the behavioral syndrome. However, the causal effects of parasitism still remain vague and need to be further testified with control experiments.

Les infrastructures de transport est essentielle au maintien et à l'expansion des activités sociales et économiques dans les régions circumpolaires. À mesure que le climat se réchauffe, la dégradation du pergélisol sous les remblais a entraîné de graves dommages structuraux à la route, entraînant une augmentation importante des coûts d'entretien et une réduction de la durée de vie des infrastructures. Pendant ce temps, l'advection de chaleur déclenchée par les écoulements d’eau souterrains peut altérer le bilan énergétique du remblai et du pergélisol sous-jacent et modifier le régime thermique des remblais routiers. Cependant, peu de recherches ont été effectuées pour comprendre la synergie entre les processus thermiques de surface et souterrains des remblais routiers des régions froides. L'objectif de cette recherche était de comprendre les interactions thermiques entre l'atmosphère, le remblai routier, les écoulements d’eau et le pergélisol dans le contexte du changement climatique. Cette base, de connaissances est nécessaire pour la conception technique, l'entretien des routes et l'évaluation de la vulnérabilité des infrastructures. Les travaux de recherche ont permis de développer de nouvelles méthodes d'analyse thermique pour caractériser et identifier le rôle de l'advection thermique sur le changement de température d'un remblai routier expérimental au Yukon (Canada) en termes d’intensité, de vitesse et de profondeur de l'impact thermique. Les résultats montrent que l'augmentation de la température due aux flux de chaleur advectifs déclenchés par l’écoulement d'eau peut être jusqu'à deux ordres de grandeur plus rapide qu'en raison du seul réchauffement atmosphérique. La recherche a ensuite présenté un bilan énergétique de surface pour quantifier la quantité d'énergie entrant dans le centre et la pente du remblai avec des épaisseurs et des propriétés de neige variables. Le tout a été appuyé par des observations géothermique de plusieurs années et une grande quantité de données météorologiques. Les résultats illustrent que le bilan énergétique de surface est principalement contrôlé par le rayonnement net et moins par le flux de chaleur sensible. Le flux de chaleur transmis à la pente du remblai diminue de façon exponentielle avec l'augmentation de l'épaisseur de la neige et diminue de façon linéaire avec l’installation du couvert de neige et la longueur de la période d’enneigement. De plus, un modèle de bilan énergétique de surface et un modèle cryohydrologique entièrement couplé ont été développés pour étudier l'impact thermique de l'advection de chaleur associée à l'écoulement de l'eau souterraine sur le dégel du pergélisol et le développement de taliks (c.-à-d. zone perpétuellement non gelée dans les zones de pergélisol). Le modèle couplé a réussi à reproduire la tendance à la hausse du plafond du pergélisol (erreur absolue moyenne <0,2 m) au cours de la période 1997-2018. Les résultats montrent que l'advection de chaleur a fourni une source d'énergie supplémentaire pour accélérer le dégel du pergélisol et a doublé le taux d’augmentation de l’épaisseur de la couche active 0,1 m·a-1 à 0,19 m·a-1, par rapport au scénario où aucun écoulement d'eau ne se produit. Le talik s'est initialement formé et développé en fonction du temps sous l’effet combiné des écoulement d’eau, de l'isolation de la neige, de la construction de la route et du réchauffement climatique. Le débit d'eau souterraine a relié des corps isolés de talik et a amené le remblai de la route dans un état thermique irréversible, en raison de la rétroaction de l'eau liquide (effet de chaleur latente) piégée dans le talik. Ces résultats montrent l'importance de l'advection de chaleur induite par l'écoulement d'eau sur le régime thermique de la sous-couche (c.-à-d. la couche de matériau de remblai) et du sous-sol (c.-à-d. le matériau natif sous un remblai) du remblai lorsque le remblai routier intercepte le drainage local. De plus, les résultats obtenus soulignent la nécessité de coupler les processus thermiques de surface et souterrains dans le but d'évaluer la stabilité thermique des routes subarctiques. / Transportation infrastructure is crucial to maintaining and expanding the social and economic activities in circumpolar regions. As the climate warms, degradation of the permafrost causes severe structural damages to the road embankment, leading to large increases in maintenance costs and reductions in its lifespan. Meanwhile, heat advection triggered by mobile water flow can alter energy balance of the embankment and underlying permafrost and modify the thermal regime of road embankments. However, little research has been done to understand the synergy between surface and subsurface thermal processes of cold region road embankments. The overall goal of this research was to elucidate thermal interactions between the atmosphere, the road embankment, mobile water flow, and permafrost within the context of climate change. This knowledge is needed for engineered design, road maintenance, and infrastructure vulnerability assessment. The research first used new thermal analysis to characterize and identify the role of heat advection on temperature change of an experimental road embankment, Yukon, Canada in terms of magnitude, rate and thermal impact depth. It shows that soil temperature increase due to advective heat fluxes triggered by mobile water flow can be up to two orders of magnitude faster than due to atmospheric warming only. The research then presented a novel surface energy balance to quantify the amount of ground heat flux entering the embankment center and slope with varying snow depth and properties, supported by multi-year thermal and meteorological observations. My results illustrate that the surface energy budget is mainly controlled by net radiation, and less by the sensible heat flux. The ground heat flux released at embankment slope exponentially decreased with the increase of snow depth, and was linearly reduced with earlier snow cover and longer snow-covered period. A fully integrated surface energy balance and cryohydrogeological model was implemented to investigate the thermal impact of heat advection associated with subsurface water flow on permafrost thaw and talik (i.e., perennially unfrozen zone in permafrost areas) development. The integrated model successfully reproduced the observed increasing trend of the active layer depth (mean absolute error < 0.2 m) over the 1997-2018 period. The results show that heat advection provided an additional energy source to expedite permafrost thaw, doubling the increasing rate of permafrost table depth from 0.1 m·a-1 to 0.19 m·a-1, compared with the scenario where no water flow occurs. Talik formation and development occurred over time under the combined effect of subsurface water flow, snow insulation, road construction and climate warming. Subsurface water flow connected isolated talik bodies and triggered an irreversible thermal state for the road embankment, due to a local feedback mechanism (latent heat effect) of trapped, unfrozen water in talik. These findings elucidate the importance of heat advection induced by mobile water flow on the thermal regime of embankment subbase (i.e., a layer of fill material) and subgrade (i.e., the native material under an embankment) when the road embankment intercepts the local drainage. Furthermore, the obtained results emphasize the need to couple surface and subsurface thermal processes to evaluate the thermal stability of sub-Arctic roads.