Growth responses of subalpine fir to climatic variability in the Pacific Northwest David W. Peterson, David L. Peterson, and Gregory J. Ettl Abstract: We studied regional variation in growth-limiting factors and responses to climatic variability in subalpine forests by analyzing growth patterns for 28 tree-ring growth chronologies from subalpine fir (Abies lasiocarpa (Hook.) Nutt.) stands in the Cascade and Olympic Mountains (Washington and Oregon, U.S.A.). Factor analysis identified four distinct time series of common growth patterns; the dominant growth pattern at any site varied with annual precipita- tion and temperature (elevation). Throughout much of the region, growth is negatively correlated with winter precipita- tion and spring snowpack depth, indicating that growth is limited primarily by short growing seasons. On the driest and warmest sites, growth is negatively correlated with previous summer temperature, suggesting that low summer soil moisture limits growth. Growth patterns in two regions were sensitive to climatic variability associated with the Pacific Decadal Oscillation, apparently responding to low-frequency variation in spring snowpack and summer soil moisture (one negatively, one positively). This regional-scale analysis shows that subalpine fir growth in the Cascades and Olym- pics is limited by different climatic factors in different subregional climates. Climate–growth relationships are similar to those for a co-occurring species, mountain hemlock (Tsuga mertensiana (Bong.) Carrière), suggesting broad biogeographic patterns of response to climatic variability and change by subalpine forest ecosystems in the Pacific Northwest. Résumé : Les auteurs ont étudié la variation régionale des facteurs qui limitent la croissance et les réponses à la varia- bilité climatique de forêts subalpines en analysant les patrons de croissance de 28 séries dendrochronologiques établies à partir de peuplements de sapin subalpin (Abies lasiocarpa (Hook.) Nutt.) situés dans les Cascades et les monts Olym- pic (Washington et Oregon, États-Unis). Une analyse factorielle a identifié quatre séries temporelles distinctes de pa- trons de croissance communs; le patron de croissance dominant dans tous les sites varie en fonction de la précipitation annuelle et de la température (altitude). Dans la plus grande partie de la région, la croissance est négativement corrélée à la précipitation hivernale et à la hauteur de neige accumulée au printemps, ce qui indique que la croissance est sur- tout limitée par de courtes saisons de croissance. Dans les sites les plus chauds et les plus secs, la croissance est néga- tivement corrélée à la température de l’été précédent, indiquant qu’une faible quantité d’humidité dans le sol en été limite la croissance. Les patrons de croissance de deux régions sont sensibles aux variations climatiques associées à l’Oscillation Décennale du Pacifique, en répondant apparemment à la variation de basse fréquence de la couverture ni- vale au printemps et de l’humidité du sol en été (négativement dans un cas et positivement dans l’autre). Cette analyse à l’échelle régionale montre que la croissance du sapin subalpin dans les Cascades et les monts Olympic est limitée par des facteurs climatiques différents dans des climats sous-régionaux différents. Les relations entre la croissance et le climat sont similaires à celles d’une espèce cooccurrente, la pruche des montagnes (Tsuga mertensiana (Bong.) Car- rière), ce qui suggère l’existence de larges patrons biogéographiques de réponse à la variabilité et au changement cli- matique dans les écosystèmes forestiers subalpins du Nord-Ouest du Pacifique. [Traduit par la Rédaction] Peterson et al. 1517 Introduction Forest responses to future climatic variability and change are difficult to predict with confidence because of a lack of information about climatic influences on tree growth, sur- vival, and species distributions. Although forest succession (“gap”) models simulate changes in forest species composi- tion in response to climatic variability and change (Davis and Botkin 1985; Solomon 1986; Urban et al. 1993), more realistic parameterization with regard to species growth re- sponses to climatic variability is needed to make accurate predictions. Biogeographic models predict shifts in species ranges in response to climatic changes, based on the as- sumption that species will migrate to maintain their current distributions with respect to climate-related environmental Can. J. For. Res. 32: 1503–1517 (2002) DOI: 10.1139/X02-072 © 2002 NRC Canada 1503 Received 16 June 2001. Accepted 12 April 2002. Published on the NRC Research Press Web site at http://cjfr.nrc.ca on 16 August 2002. D.W. Peterson. 1 USDA Forest Service, Pacific Northwest Research Station, 1133 North Western Avenue, Wenatchee, WA 98801, U.S.A. D.L. Peterson. 2 U.S. Geological Survey, Forest and Rangeland Ecosystem Science Center, Cascadia Field Station, P.O. Box 352100, Seattle, WA 98195-2100, U.S.A. G.J. Ettl. Biology Department, Saint Joseph’s University, 5600 City Avenue, Philadelphia, PA 19131, U.S.A. 1 Corresponding author (e-mail: davepeterson@fs.fed.us). 2 Present address: USDA Forest Service, Pacific Northwest Research Station, 4043 Roosevelt Way NE, Seattle, WA 98105, U.S.A.