Как влияют деревья на скорость ветра
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 19.09.2024
В моем блоге на этой площадке было несколько публикаций, где я рассказывал о некоторых своих страхах и опасностях, которые именно на мой взгляд, достойны внимания.
Ясное дело, что все это сугубо индивидуально, одного мнения быть не может, и то, что для одного человека ерунда, для другого реально препятствие.
В этот раз хочу озвучить один из моментов, которые меня порой реально напрягают, и к чему я не могу привыкнуть, и считаю, что именно эта опасность в лесу несет реальный риск для всех: будь это обычный грибник или человек, который решил пройтись по лесным тропам и подышать свежим воздухом,
или опытный турист, разбивший свой лагерь в лесной чаще, решивший скоротать пару суток в одиночестве, наедине с природой.
Имя этой опасности - ветер.
Речь не просто о легком ветерке, который радует и поднимает настроение в зной ный день, а именно о порывах ветра, о сильном ветре, который бывает перед дождем, перед грозой, после дождя.
Такой ветер может длиться всего минут 5-10, но именно от этого чуда природы мы и можем видеть в лесу поваленные деревья, огромные вывороты .
Порой может показаться, как такие гиганты, такие деревья (ели, сосны, березы), которым не один десяток лет, у которых огромная и мощная корневая система, могли упасть.
Какие деревья ломаются на уровне ствола, а некоторые, как выше написал, вырывает с корнем.
Повторюсь, все это происходит всего за каких-то 10-15 минут.
В своей практике я около десятка раз попадал в такие ситуации. Что творится вокруг - описать сложно.
Толстенные сосны, которые в нормальный день кажутся монументальными столами, под порывом ветра начинают так изгибаться, что реально становится страшно. Ведь вокруг много деревьев, все они гнутся в разные стороны, и достоверно неизвестно, когда и в какую сторону, какое дерево может быть сломлено и упасть.
И это я не говорю о том, что на голову падает множество более мелких ветвей, диаметр которых от нескольких миллиметров, до десятков сантиметров.
Ясно, что если такие ветви попадают по голове или просто рядом падают, приятного мало.
Поэтому, учите технику безопасности поведения себя в лесу, обязательно узнайте прогноз погоды, а если и попали в такую неприятную ситуацию, не теряйте самообладания, и не опускайте голову вниз, смотрите вокруг себя, вверх, чтобы хотя бы примерно видеть, откуда может прийти опасность. И да, если есть защитные тактические очки, лишними в данной ситуации они не будут.
Толщина и высота деревьев оказались несущественными для штормового ветра.
Группа физиков и специалистов по сопротивлению материалов из парижской Политехнической школы и Высшей школы промышленной физики и химии вычислили скорость ветра, способного сломать любое дерево, независимо от его вида, высоты, толщины или гибкости. Эта скорость составила 42 метра в секунду. Также учёным удалось показать, что столь универсальное значение объясняется простым масштабным законом. Работа опубликована в журнале Physical Review E.
Учёные пришли к выводу, что необходимо различать три типа ситуаций, когда ветер валит деревья. Во-первых, он может вырвать их из земли с корнями. Это происходит в тех случаях, когда почва очень сильно размыта дождём, заболочена или корни деревьев частично сгнили. В двух других ситуациях корень дерева остаётся крепко зафиксированным в почве, но переламывается его ствол. Изредка — деформацией кручения и наиболее часто — деформацией на изгиб. Именно последний вариант физики и проверили экспериментально.
Для этого они использовали балки из древесины бука разной длины и толщины. Бук был выбран в силу того, что его механические свойства имеют усреднённый характер: он довольно гибок и крепок, но не настолько, как сосны или дубы. Один конец балки жёстко фиксировался, а к другому концу подвешивался груз, призванный имитировать воздействие ветра разной скорости на ствол дерева. Затем учёные измеряли искривление балки и радиус кривизны (он совпадает с радиусом соприкасающейся окружности в данной точке кривой) до тех пор, пока очередной подвешенный груз её не переламывал. Обычно это происходило в точке, очень близкой к зафиксированному концу балки, при критическом радиусе кривизны, находящейся в определённом соотношении с диаметром и длиной ствола.
Используя это соотношение и заменяя моделирующий силу ветра груз, учёные вывели масштабный закон, показывающий, какая скорость ветра необходима для переламывания стволов деревьев разной длины и толщины. Оказалось, что если принять во внимание следующее положение — при удвоении высоты диаметр деревьев утраивается, то в действительности изменение физических характеристик ствола очень мало влияет на критическую скорость ветра. Так, при удвоении высоты дерева скорость ветра было необходимо увеличить всего лишь на девять процентов. Аналогичным образом никакого существенного влияния в экспериментальной модели не оказывала и упругость древесины.
Эксперименты по исследованию прочности стволов деревьев с фиксацией одного конца и воздействием груза на другой известны ещё со времён Ренессанса. Впервые подробный отчёт о таких опытах (с детальной зарисовкой) можно найти в дневниках Леонардо да Винчи. Аналогичные исследования проводили Галилео Галилей и позже — Жорж Луи Леклерк Бюффон. По их мнению, толстое и длинное дерево прочно в той же мере, как и тонкое, но короткое. Однако единого масштабного закона они не вывели.
Уже упоминалось о положительное влияние слабого ветра на фотосинтез. Повышение производительности фотосинтеза в 4-5 раз по сравнению со штилем происходит только при достаточном обеспечении растений влагой. Без такого обеспечения она увеличивается максимум в 1,5 раза. Усиливая транспирацию, ветер со скоростью 2-3 м сек -1 способствует перемещению почвенных растворов до кроны, охлаждает ассимилирующий аппарат, предотвращая его перегрев. Положительное действие ветра на лес также заключается в распространении семян, расселении того или иного вида растений. Большинство пород опыляются ветром и лишь некоторые породы (ивы, липы, клены, акация белая, каштан и некоторые другие) опыляются насекомыми.
Сильный, особенно сухой ветер может привести к усыханию ассимиляционного аппарата, потому что поступление влаги от корней не компенсирует его расходы кроной. Вредное действие ветра на лес проявляется в формировании однобоких крон и эксцентриситета в стволов. Это происходит на опушках, в местах с сильными ветрами одного направления.
В горных условиях скорость ветра увеличивается с нарастанием высоты над уровнем моря.
Для оценки ветра за его скоростью и воздействием на окружающее пространство пользуются 12-балльной шкале Бофорта.
Из повреждений леса ветром наиболее важными являются валежник и бурелом. Деревья, которые вываливаются из корневой системой, относят к бурелома, а те, ствол которых ломается на определенной высоте, - к бурелому. Опасность бурелома или бурелома зависит от характера ветра, сезона года, древесной породы, возраста деревьев, их состояния, состояния и характера почвы и т.д. Особенно большой вред лесу наносят ветры со скоростью 90-100 км*ч -1 и больше (шторм и ураган). Они способны уничтожить целые лесные массивы на расстоянии десятков километров.
Из наших аборигенных пород чаще всего повреждается буреломом те, что имеют поверхностную корневую систему: ель, береза, бук.
В зависимости от лесорастительных условий отдельные вітровальні породы могут быть устойчивыми к воздействию ветра (например, ель, глубоко дренированных почвах), а устойчивые - вітровальними. Например, сосна на переувлажненных, дуб на неглубоких горных почвах. Более терпят от бурелома и бурелома насаждения в спелом возрасте.
От бурелома чаще страдает осина через гниль и сосна на богатых почвах.
Лес, как ландшафт, составленный из высокорослых деревьев, вызывает шероховатость земной поверхности и служит значительным препятствием на пути движения воздушных масс.
Одним из первых исследователей влияния леса на ветер был проф. М. С. Нестеров, который доказал, что поток воздуха, встречая на своем пути препятствие в виде опушки, поднимается вверх над лесом, а затем снова падает вниз. При этом на расстоянии примерно двух высот деревьев с завітряного стороны скорость ветра заметно слабеет. С подветренной стороны перед опушкой образуется зона повышенного давления, в которой скорость ветра также заметно уменьшается. В середине лесного массива скорость ветра значительно уменьшается. Скорость ветра в кронах снижается примерно в 4 раза, а в приґрунтовому слое - в 10 раз.
Действие леса на ветер нашла практическое использование при создании защитных лесополос. Регулируется степень уменьшения скорости ветра и расстояние, на которое действуют лесополосы, соответствующей конструкцией древостоев этих защитных объектов.
Практические выводы из рассматриваемого материала темы касаются в первую очередь повышение газостійкості хвойных лесов, особенно пригородных. Нужно отыскивать экологические формы сосны обыкновенной, которые в меньшей степени реагируют на загрязненность атмосферы выхлопными газами и другими вредными полютантами и размножать их для получение посадочного материала, для использования в пригородных лесах и других местах с высоким уровнем загрязнения.
Уменьшение вредного влияния ветра достигается строгим соблюдением правил ведения рубок в опушках, которые граничат с открытым пространством, направлении рубки при сплошь-лесосечных рубках.
Повреждение лесных насаждений ветром приобретает часто стихийный характер и наносит существенный ущерб лесному хозяйству страны.
В 1967 и 1969 гг. ураганами опустошительной силы был нанесен существенный урон лесам в Прибалтийских республиках: запас ветровального и буреломного леса составлял около 20 млн. м 3 . Сила ветра, по данным различных метеостанций, достигала 20—45 м/с. 7 июня 1975 г. ураган большой разрушительной силы повалил леса на площади 260 тыс. га на севере Пермской обл. (Чердынский, Колыванский и Вайский лесхозы), запас поврежденного леса превышал 22 млн. м 3 . Поврежденные леса имели вытянутую в широтном направлении конфигурацию длиной до 150 и шириной с севера на юг до 20—50 км. Сильный ураган пронесся 9 июня 1984 г. над европейской частью страны, повредив в 9 центральных областях около 11 тыс. га лесов.
Особую опасность для леса представляют шторм и ураган, при которых сила ветра достигает 9—12 баллов, по шкале Бофорта превышающая 18,3 м/с. Ветер такой силы способен вызвать единичный или групповой вывал деревьев, часто биологически обреченных. Катастрофические ситуации, когда вываливаются здоровые деревья и образуются сплошные площади ветровала, возникают при скорости ветра 35— 40 м/с.
В наиболее общем виде ветровал и бурелом вызывают следующие группы факторов:
орографические: расположение горных систем
вдоль направления преобладающих ветров, повышение крутизны склонов, приуроченность к пониженным элементам рельефа;
климатические: ветер, сильные засухи и морозы, обилие осадков в виде дождя и мокрого снега: имеет место сезонная выраженность ветровальности вследствие временной приуроченности сильных ветров;
почвенно-гидрологические: избыточное увлажнение и плохо дренируемые почвы, поверхностная корневая система;
биологические: возраст, предрасположенность к вывалу разных пород деревьев, структурная организация наземных и подземных частей деревьев, зараженность болезнями, бонитет, полнота, породный состав;
хозяйственные: бессистемные рубки и интенсивная эксплуатация лесов, возраст рубки.
Из основных лесообразующих пород наиболее ветроустойчивы сосна, кедр, лиственница, дуб, ясень, ильм, граб. Наиболее подвержена ветровалу ель. Ветроустойчивость во многом зависит от условий местопроизрастания. На определенных почвах ветроустойчивая порода может оказаться ветровальной. Сосна, например, легко вываливается на сухих песчаных, мелких и заболоченных почвах. Ель обретает ветроустойчивость на богатых, хорошо развитых почвах.
Соотношение ветровальных, буреломных и стоящих (сохранивших кроны) деревьев в поврежденных ураганом лесных массивах на больших площадях зависит от степени повреждения, вызванной ураганным ветром определенной силы; на площади, исчисляемой сотнями тысяч гектаров, она не может быть одинаковой. При обследовании пермских ветровальников степень повреждения считалась слабой при повреждении в древостоях до 30% деревьев, средней — 31—50 и сильной — более 50% деревьев. Для определения состояния ветровальных и буреломных деревьев применялась шкала категорий состояния деревьев, разработанная для конкретного случая. В основу шкалы положены критерии для оценки состояния и сохранности хвои и листвы у ветровальных и буреломных деревьев. Так же как и общепринятая шкала, она имеет 6 категорий состояния, идентичных общепринятым.
В насаждениях, поврежденных в слабой степени, преобладали стоящие деревья. Соотношение ветровальных и буреломных деревьев у ели 1:1 и пихты 1:2. Состояние ветровальных и буреломных деревьев пихты хуже, чем таких же деревьев ели, что указывало на более быстрое усыхание ветровала пихты. Береза находилась в более лучшем состоянии, ветровал отсутствовал.
В насаждениях, поврежденных в средней степени, также преобладали стоящие деревья. Соотношение ветровала и бурелома у ели 1:1,5, пихты 1:1 и березы 2:1.
В насаждениях, поврежденных в сильной степени, одинаково пострадали все породы, а количество ветровальных деревьев превышало 60%. Соотношение ветровальных и буреломных деревьев у ели 3:1, пихты 3:1 и березы 4:1. Ветровал березы усыхал медленнее, чем ветровал ели и пихты.
Самый высокий процент ветровальных деревьев был отмечен в сосняках на болоте (более 70%) при соотношении ветровальных деревьев к бурелому 10:1.
Ветроустойчивость древостоев зависит от степени поражения их корневыми и стволовыми гнилями. В определенных случаях зараженность гнилями может быть очень высокой. В пермских ветровальниках, например, а это были в основном спелые насаждения, встречаемость стволовых гнилей у разных пород составляла 47—96%.
Ветроустойчивость древостоев очень сильно снижает подсочка. При обследовании заподсоченных насаждений после урагана 1980 г. в Ратновском лесхозе Волынской обл. буреломные деревья составляли 64 % числа поврежденных, причем 87 % изломов приходилось на зону карр.
Обмером корневых розеток у 96 ветровальных елей установлено, что площадь корневых систем деревьев высотой до 20 м не превышает 6 м 2 . Очевидно, что такая необычайно компактная корневая система не обеспечивает механической устойчивости ели на мягких почвах. Потеря устойчивости усиливается наличием у деревьев густоохвоенных крон, имеющих большую парусность. Полученные данные позволяют сделать вывод, что сочетание таких факторов, как мягкие неустойчивые субстраты и частые сильные ветры, определяют границу естественного распространения ели на равнинах и в предгорьях Прикарпатья. Повышенная ветровальность ельников в этих условиях сопровождает практически все виды лесохозяйственной деятельности Брошневского лесокомбината.
Следует отметить, что возникновению в еловых молодняках значительных ветровалов может способствовать неправильное проведение рубок ухода и санитарных рубок, приводящее к увеличению параметров опушек и чрезмерному изреживанию насаждений.
Несмотря на серьезные объективные причины, делающие почти невозможным последующее выращивание чистых ельников за пределами их естественного ареала, в конкретном случае (Брошневский лесокомбинат) производные ельники представляют большой интерес с хозяйственной точки зрения: они продуктивнее коренных древостоев и в более раннем возрасте дают деловую древесину.
Древесина ели в культурах характеризуется достаточно высокими физико-механическими свойствами, несмотря на широкослойность и рыхлость. Имеющиеся в настоящее время еловые молодняки в возрасте 20— 40 лет можно рассматривать как плантационные культуры и уже сейчас начать их планомерную разработку. Таким образом, очевидно, что наряду с задачей восстановления устойчивых высокопроизводительных коренных насаждений (число еловых), а также смешанных (елово-пихтово-буковых) в Брошневском и аналогичных по лесорастительным условиям лесокомбинатах возможно выращивание производных чистых ельников плантационного назначения с коротким оборотом рубки. С целью повышения ветроустойчивости таких плантаций целесообразно формировать ветрозащитные опушки со стороны преобладающих ветров из ветроустойчивых лиственных пород (ясеня, дуба черешчатого, ольхи, липы, клена остролистного). Опушки, гасящие силу ветра, должны быть воздухопроницаемыми препятствиями. Такой эффект достигается редким (до 5—7 м) размещением деревьев по краю опушки и постепенным сгущением их в глубь леса. Ширина зоны разреженного стояния деревьев должна соответствовать 1,5—2 высотам древостоя (до 50 м). Для улучшения ветропроницаемости опушечные деревья очищают от нижних сучьев. Задернение в зоне равреженного стояния деревьев можно предотвратить вводом невысоких почвозащитных кустарников — крушины, бересклета, жимолости, калины, пузыреплодника.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Читайте также: