Как влияют деревья на скорость ветра
Обновлено: 18.09.2024
Я несколько раз в своей жизни проводила полевую практику по метеорологии и у нас полдня посвящено микроклимату. Для этого выбирается маршрут с таким условием, чтобы его можно было закончить за два часа (между сроками наблюдений на метеорологической площадке) и закладываются несколько точек: пойма реки, склон холма с луговой растительностью, лес на вершине холма и верховое болото в лесу.
Разумеется, везде измеряется в том числе скорость и направление ветра - в ряду других измерений (температура воздуха, почвы, влажность воздуха).
В лесу всегда скорость ветра не то, что меньше, чем на открытом месте, а просто штиль (то есть скорость ветра менее 0,5 метров в секунду) при том что на открытом склоне холма скорость ветра - 2-3 метра в секунду.
Так что скорость ветра уменьшается. Степень уменьшения скорости зависит от густоты древесной растительности - самое сильное уменьшение там, где во-первых, лес достаточно густой и породы с широкими кронами, особенно в густом еловом лесу или в лесу с густыми высокими кустарниками.
Кроме того, направление ветра изменяется (если нет штиля, конечно). А ощущается ветер в лесу только на открытых участках или на участках леса, где растут деревья с узкими кронами -например, в чистой березовой роще.
Лес препятствует движению ветра в приземном слое воздуха. Ветер, встречая на своем пути лесной массив, резко снижает скорость вследствие соприкосновения и трения о кроны деревьев, стволы и другие растения, произрастающие в лесу. Снижение скорости ветра зависит от густоты деревьев, их высоты и возраста: чем гуще и выше деревья в лесу, тем заметнее снижается скорость ветра.
По данным Нестерова, в сосновом лесу с густым дубовым подростом и подлеском из лещины скорость ветра на расстоянии 34 м от опушки составляет 55—78 % скорости ветра на открытом месте; на расстоянии 77 м от опушки в глубь леса скорость ветра снижается до 23—27 % и из расстоянии 228 м до 2—5 % скорости ветра в открытом поле. Скорость ветра в лесу над почвой на высоте 1 м составляет около 30 % скорости ветра над кронами.
Влияние леса на скорость ветра становится заметным при ветре в сторону леса уже на расстоянии 250 м, а при направлении ветра от леса — на расстоянии до 1500 м. Скорость ветра в лесу едва достигает 1 м/с. Положительное действие леса на снижение скорости ветра широко используется в сельском и лесном хозяйстве в лесостепных и степных районах нашей страны. Здесь издавна создаются полезащитные лесные полосы различных конструкций.
Система полезащитных лесных полос была создана на огромной территории европейской части России, начиная от берегов Днестра до Урала. Туда, где выполняют свою роль защитные насаждения, в летнее время не врываются юго-восточные горячие сухие ветры, называемые суховеями. Они не высушивают хлебные культуры, не образуют черные бури, способные выдувать вместе с хлебами плодородные частицы почвы. Черные бури в южных районах наносили большой ушерб vpoжаям, вызывали заносы пылью населенных пунктов, садов, посевов, дорог, рек и других объектов.
Научное обоснование степному лесоразведению было дано В. В. Докучаевым. В 1893 г. в Каменной степи были заложены первые лесные полосы, а спустя некоторое время создано Каменно-Степное опытное лесничество, где работали известные ученые.
В течение 12 лет работал по созданию лесных полос в Великом Анадоле Г. Н. Высоцкий. Он и многие другие отечественные ученые обобщили свой опыт, а также другие работы и предложили различные конструкции лесных полос.
Для задержания влаги на полях и предохранения почвы от водной эрозии создают широкие водорегулирующие полосы, а против ветровой эрозии — узкие и по-разному продуваемые лесные полосы. Узкие лесные полосы называют иногда ветроломными. Их создают преимущественно в равнинных условиях для защиты посевов от суховеев и для задержания снега на полях. Различают плотные, ажурные, продуваемые и крупносетчатые конструкции лесных полос.
Лесные полосы в любое время года снижают скорость ветра. Однако степень снижения скорости и расстояние, на которое влияют лесные полосы, зависят от структуры лесополос, их ширины, а главное — от высоты деревьев. Замедление скорости ветра и отложение снега происходят с подветренной стороны на расстоянии 15—20-кратной высоты полосы. Чем выше лесная полоса, тем на большее расстояние она оказывает свое положительное влияние. Лесная полоса, кроме снижения скорости ветра, влияет на распределение снежного покрова, глубину промерзания и скорость оттаивания почвы в полосах и межполосных полях, улучшает влажность почвы и микроклимат в межполосных пространствах, служит средством борьбы с ветровой эрозией, суховеями и засухой и в конечном итоге повышает урожай на плодородных, но маловлажных степных просторах.
Вредные воздействия ветра на лес могут быть в значительной мере предотвращены путем повышения ветроустойчивости пород. Ветроустойчивость деревьев зависит от строения и структуры древостоев, а также гибкости их ветвей и расположения корней. Ветроустойчивость древостоев можно повысить созданием ветроупорных опушек, выращиванием многоярусных насаждений. Своевременные рубки ухода за лесом с оставлением на корню оптимальной численности деревьев на единице площади обеспечивают условия, при которых деревья получают необходимое развитие нужных признаков.
Ветер – символ изменчивости и непредсказуемости, силы, способной созидать и разрушать. Это явление представляет собой движение воздуха, его поток из области повышенного давления в область пониженного, способный достигать угрожающей силы урагана, с катастрофическими последствиями. Деревья и растения, живущие в таких условиях, вынуждены приспосабливаться.
Влияние ветра
Влияние ветра на жизнь растений, напрямую или косвенно (через воздействие на другие факторы), весьма значимо. Оно проявляется в каждодневной жизни целых сообществ: движение воздушных масс корректирует водный, световой и температурный режим.
Особенно влияние воздушных масс заметно в горных лесах, где можно воочию наблюдать зависание на верхушках крон облаков, которые несут затенение, влагу и прохладу верхним и нижним ярусам или стекание холодных туманов в понижения рельефа.
В горных районах также видно косвенное влияние ветра на развитие древесных сообществ на склонах гор. Вместе с другими факторами, такими как высота над уровнем моря, экспозиция склона и содержание влаги в воздушных массах, ветры (сдувая снег) влияют на распределение снегового покрова по балкам, ущельям и грядам и регулируют его высоту. Все это определяет контуры лесных сообществ и время прихода биологической весны, когда происходит распускание почек на деревьях.
Облака, несущие влагу и прохладу, в горных тропических лесах
Буреломы и ветровалы
Сильные порывы ветра и легкие дуновения одинаково значимы в биологической жизни отдельных растений.
Ураганы, обычные в некоторых районах земного шара, изредка посещают и наши края. Тогда и мы можем наблюдать, какова сила мощных потоков воздуха, валящих деревья с корнями (ветровалы) и ломающих поперек стволы (буреломы).
- Ветровалам в большей степени подвержены деревья с неглубокой корневой системой, такие как ель и береза.
- Буреломными считаются породы с рыхлой древесиной (осина, береза) или глубокой стержневой корневой системой (сосна, пихта).
Дуб, как и следует дереву-богатырю, во всех отношениях хорошо противостоит ветру, а вот липа, вероятно в силу своей гибкости, считается устойчивой к ветроломам.
В природных лесных сообществах в результате буреломов и вывалов деревьев образуются окна (поляны), открытые лучам солнца. На них интенсивнее идет возобновление, быстрее развивается молодой подрост, подчас более светолюбивых пород.
Стелющиеся и флаговые формы деревьев на границе леса на высоте 3000 м в Скалистых горах (штат Колорадо).
Деревья, выросшие отдельно на полянах, всегда ветроустойчивее. В отсутствие конкуренции они имеют разветвленную, хорошо развитую корневую систему. Они приземистей деревьев, сформированных в лесном массиве.
В лесу, в условиях конкуренции за свет и недостатка его в нижних ярусах, растения выносят крону ввысь к пологу, а нижние ветви у них усыхают. Такая форма больше подвержена ветровалам, особенно после прореживания древостоя, прежде всего опасны оставшиеся одинокие экземпляры.
Уносящий влагу
Одним из самых существенных негативных явлений, вызванных постоянным движением ветра, является иссушение растений : ветер сдувает пары воды с листьев. Причем этот процесс наблюдаются даже во влажном воздухе, а тем более в комплексе с высокими температурами и недостатком влаги в атмосфере.
Кроме того, под действием сухого ветра происходит скручивание листовой пластинки, что приводит к выдавливанию молекул воды из устьиц. Утолщенные листья, покрытые кутикулой, в большей степени защищены от иссушения.
Усугубляются эти процессы, естественно, в сухую жаркую погоду и также в холодную морозную, когда растение не может взять влагу из почвы (явление зимнего иссушения).
В местообитаниях, где комплекс данных условий наблюдается постоянно, скорость подачи влаги в растущие органы растений не успевает за высоким уровнем транспирации. Происходит усыхание и в дальнейшем отмирание верхушечных и верхних боковых почек. Недостаток влаги вызывает уменьшение клеток в растении, с дальнейшей редукцией размеров всех его частей изменяется и форма роста.
Сообщество карликовых сосен на горном плато Сэмс Поинт (Sam’s Point) на высоте 1000 м
Особенно страдают от этого деревья. Так, на сильно дренированных, обдуваемых ветрами горных плато существуют целые сообщества карликовых деревьев. По некоторым наблюдениям карликовость также возникает из-за раскачивания ствола ветром, которое влияет на скорость поступления воды и пластических веществ в крону.
Ближе к земле
Хорошо противостоят ветру подушковидные растения, такие как дриады (Dryas ) , полыни (Artemisia), минуарции (Minuartia) . Такая форма роста возникает при отмирании верхушечной почки и дальнейшем развитии боковых, приводящем к многократному ветвлению ствола у кустарников и кустарничков или ежегодному отрастанию новых побегов у полукустарников.
Подушковидная форма роста у астры цельнолистной (Aster integrifolius)
Ветры, дующие в одном направлении, приводят к полеганию стволов и развитию так называемой флаговой формы кроны у деревьев. В этом случае происходит полное отмирание побегов с подветренной стороны, где ветви вообще не растут.
Флаговые формы сосен в Скалистых горах штат Колорадо
Если отвлечься от древесных сообществ, то травы, особенно в культурных посевах, также страдают от полегания. Высаживаемые защитные лесополосы позволяют снизить указанное выше действие ветра, а также препятствуют сдуванию снега с полей.
Формируя рельеф
Огромна роль могучего ветра в геоморфологии, т. е. при формировании рельефа земной поверхности. Ветер, словно скульптор, ваяет удивительные и пугающие фигуры выветривания, многометровые слои отложений лессовых пород, изящные луноликие песчаные дюны. Растениям приходится включаться в этот процесс движения декораций, подыгрывать и соответствовать постоянно меняющимся фигурам рельефа.
Псаммофитные сообщества растений способны противостоять движению песка и даже сдерживать его перемещение
Ветер-сеятель
Не менее значима роль ветра в эволюции представителей растительного царства.
- Первые высшие растения – мхи, плауны и папоротники размножались с помощью спор, которые переносил ветер, как и пыльцу голосеменных растений.
- У представителей покрытосеменных (цветковых) опыление с помощью ветра (анемофилия) возникло раньше, чем перенос пыльцы насекомыми (энтомофилия).
- Для многих современных лесных пород анемофилия также характерна, как и для основных доминант степей, лугов и пустынь (злаки, полыни). С помощью ветра огромные количества пыльцы могут преодолевать большие расстояния для достижения цели.
Скульптурная роль и огромная сила ветра выразились в расселении семян и плодов (явление анемохории). Формы плодов растений, расселяющихся с помощью ветра, иллюстрирует ювелирную утонченность его мастерства. В памяти всплывают знакомые по детским играм крылатки кленов, вязов и напоминающие лопасти вертолета семена ясеня. К тому же эти семена не только хорошо планируют, но и скользят по снежному насту, сдуваемые ветром.
Совершенно бесспорно также влияние леса на ветровой режим.
Для горизонтального перемещения воздуха каждая группа деревьев служит преградой: снижается скорость ветра, изменяется его направление. Благотворность воздействия леса в этом случае выражается не в предотвращении, а лишь в торможении ветров. Эта ветрозащитная способность леса использовалась людьми с давних времен. Сведение лесов на больших пространствах неизбежно влечет за собой усиление ветров (особенно в приземных слоях атмосферы). Это очевидно при сравнении силы и повторяемости ветров в безлесных и равномерно покрытых лесом районах.
Показатель влияния ветра на территориях бедных лесом — особая форма крон деревьев. Отдельно растущие деревья редко имеют нормально развитую крону, хотя, как правило, не образуют флаговых форм, как на побережьях, подверженных воздействию постоянных ветров одного направления.
Можно считать, что трансформирующее влияние леса на ветер по интенсивности можно сравнить с его влиянием на солнечную радиацию.
Практически при скорости ветра 6—7 м/с уже в 150—200 м от опушки в сомкнутых древостоях наблюдается почти полный штиль.
По современным представлениям, возможно проникновение негра в лес сквозь полог древостоя и образование воздушного потока. Поскольку лес является сложной биофизической системой, для него характерно наличие высотных градиентов ветра и нестабильность режима в горизонтальном направлении.
Так, в ельнике точка с минимальной скоростью ветра размешается ниже, чем в сосняке, что объясняется различными аэродинамическими свойствами деревьев и формами их крон. Пирамидальные формы ели обусловливают более значительную шероховатость и изреженность полога в его верхней части по сравнению с округлыми формами сосны. Это является причиной сравнительно большой скорости проникающего ветра и еловых насаждениях. Однако уже на высоте 0,6Н вследствие резкого возрастания насыщенности фитомассой лесного пространства скорость ветра в ельнике ниже, чем в сосняке. Очевидно, чем больше пространство, занятое древостоем, насыщено фитомассой, тем значительнее его влияние на ветер.
В отличие от равнинных условий в горных лесах процессы формирования ветра обусловлены комплексом факторов, в результате которых происходит образование зон вихревого движения воздуха и дополнительных ветров. Поэтому необходимо учитывать суммарный эффект влияния на ветер не только леса, но и рельефа.
На основании теоретических исследований выдвинута гипотеза о существовании под пологом любого, даже густого, сомкнутого леса биогенных циркуляций воздуха, подобных воздушным течениям, возникающим на границах леса и безлесного пространства в ясную тихую погоду. Местные циркуляции воздуха в лесу обусловлены не только физическими законами, но и жизнедеятельностью растений. Пока нет экспериментальных данных, подтверждающих выдвинутое предположение. Однако можно наблюдать, как листья многих травянистых растений и концы ветвей подроста в лесу совершают слабые колебательные движения, хорошо заметные через лупу. Легкость семян некоторых травянистых растений, произрастающих под пологом леса, масса которых не превышает 0,00004 г, также является косвенным доказательством существования в лесу маломасштабных атмосферных циркуляций, которыми они могут переноситься на небольшие расстояния.
Ветер — один из факторов внешней среды, на который лес оказывает сильное трансформирующее влияние. Интенсивность этой трансформации зависит как от биофизических характеристик насаждений (в первую очередь от степени насыщенности пространства фитомассой), так и от скорости ветрового потока. В горных лесах наблюдается некоторое ослабление их трансформирующего воздействия на ветер, которое объясняется главным образом влиянием на этот фактор рельефа.
Читайте также: