[ca] El canvi climàtic en curs està afectant els boscos a tot el món, però ¿com i en quina mesura? Els recents esdeveniments severs de decaïment forestal mostren la potencial amplitud de les conseqüències d'un clima més càlid i sec, però encara segueixen existint grans incerteses pel que fa a la resposta dels boscos. Caracteritzar i pronosticar la resposta dels boscos a les variacions climàtiques és críticament necessari per dissenyar estratègies de mitigació i adaptació. Els models basats en processos són una eina essencial en aquesta tasca, però el seu ús es veu limitat per llacunes de coneixement sobre els mecanismes que impulsen les respostes dels boscos i la seva representació dins dels models. L'objectiu general d'aquesta tesi és avançar en la comprensió i el modelatge dels efectes de l'aigua i la temperatura sobre l'estructura i el funcionament dels boscos. Per a aconseguir-ho, la hidràulica de les plantes i els principis biofísics estan articulats dins d'una perspectiva de modelatge mecanicista, de manera que la resposta dels boscos és una propietat emergent de la integració de processos a través de diferents escales.Els resultats d'aquesta tesi llancen nova llum sobre el paper de la disponibilitat d'aigua i el seu transport a través de la planta en el control dels processos que sustenten la formació de fusta, el creixement dels arbres i l'estructura forestal . És a dir, es suggereix que durant la formació de la fusta, el potencial hídric modifica la pressió de turgència de les cèl·lules i d'aquesta manera impulsa l'expansió cel·lular, produint variacions en les dimensions dels conductes del xilema i en les taxes de divisió cel·lular en el càmbium. A més, es proposa que l'efecte de la temperatura sobre l'extensibilitat cel·lular modula l'expansió i divisió cel·lular. Segons aquest model biofísic, les fluctuacions estacionals de potencial hídric i temperatura influeixen directament en la variació estacional de la quantitat i estructura de la fusta formada, independentment de l'assimilació de carboni per fotosíntesi. La validació del model es porta a terme en dos localitats d'estudi que inclouen els límits àrids o freds de distribució de les espècies considerades. A escala interanual, els resultats suggereixen que el creixement dels arbres esta determinat per la interacció dels controls biofísics de la formació de la fusta amb els de l'assimilació de carboni. D'altra banda, es formula un model teòric en el qual se suposa que l'estructura aèria i subterrània de bosc tendeix a estar en equilibri amb les precipitacions i la demanda hídrica de l'atmosfera. Aquest model s'utilitza per predir la distribució radicular dels boscos a partir de caràcters hidràulics i fluxos d'aigua simulats, la qual cosa es valida mitjançant diversos llocs d'estudi, incloent condicions climàtiques contrastades a Catalunya. L'aplicació d'aquesta metodologia a les dades de l'inventari forestal a Catalunya permet obtenir estimacions de la distribució d'arrels a escala regional.En el seu conjunt, aquesta tesi destaca l'extensió de les respostes dels boscos al clima des de l'escala cel·lular a la regional, així com els mecanismes hidràulics i biofísics subjacents. Es proposen noves solucions de modelatge que integren els processos destacats a través de diferents escales. La seva implementació dins dels models de dinàmica de la vegetació i un major enfocament en les reserves i fluxos d'aigua podria ajudar a reduir les incerteses existents actualment pel que fa a la destinació dels boscos davant del canvi climàtic.

[en] Ongoing climate change affects forests worldwide, but how and how much so? Recent widespread forest die-off events highlight potentially dramatic outcomes brought by overall warmer and drier conditions, but large uncertainties remain regarding forest responses. Characterizing and forecasting forest responses to climate is critically needed in order to enable mitigation and adaptation strategies. Process-based models are an essential tool in this task, yet their use is hindered by knowledge gaps regarding the key mechanisms driving forest responses and their representation within models. The general objective of this thesis is to advance the understanding and modelling of the effects of water and temperature on forest structure and functioning. To do so, plant hydraulics and biophysical principles are leveraged within a mechanistic perspective, so that the integration of processes across scales yields emergent forest behavior. Results from this thesis cast new light on the role of water availability and transport in governing the processes underpinning wood formation, tree growth and forest structure. Namely, water potential is suggested to modify cell turgor pressure and subsequently drive cell expansion, yielding variations in conduit dimensions in the xylem and cell division in the cambium. The effect of temperature on cell extensibility is further proposed to modulate cell expansion and division. According to this biophysical model, seasonal fluctuations in water potential and temperature directly influence the amount and structure of wood formed within a year, independently of carbon assimilation. Model validation is carried out at two study sites, including xeric and cold species distribution margins. At the inter-annual scale, results suggest that biophysical drivers interact with carbon assimilation to determine tree growth. Besides, a theoretical model is formulated where forest below- and aboveground structure is assumed to tend towards an equilibrium with precipitations and atmospheric water demand. The model is used to predict root distribution from hydraulic traits and simulated water fluxes and is validated using several study sites, including contrasting climatic conditions in Catalonia (NE Spain). Application to forest inventory data in Catalonia yields estimates of root distribution at the regional scale. Overall, this thesis highlights the range of forest responses to climate from the cellular to regional scale and the hydraulic and biophysical mechanisms underlying them. New modelling solutions integrating evidenced processes and bridging scales are proposed. Their implementation within vegetation models and a greater focus on water pools and fluxes could help reducing uncertainties regarding the fate of forests in the face of climate change.