闽南沿海木麻黄基干林带的防风效应

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[摘要] 为深入认识沿海木麻黄基干林带内外风速变化规律和空间分布，从2006年11月到2007年3月在东山岛木麻黄基干林带内外多个测点进行了风速测定。结果表明：基干林带风速变化规律为：林内下降和林外上升的开口向上的抛物线状；风速空间分布为林带内下凹、林带后上升的平滑曲面，中间出现一些小的凸出或下凹的斑快。基干林带内等值线比较平直均匀，林带后比较弯曲且分布不均匀。

[关键词] 木麻黄 基干林带 风速 空间分布 等值线图

福建海岸线长达3051km，由于处于陆海交替地带，是风沙、干旱等自然灾害多发区，严重威胁着人民生活和经济发展[1]。建国以后，大面积营建以木麻黄为主的基干林带，在防风固沙、改善生态环境和促进经济建设等方面发挥了难以替代的作用。海岸基干林带是沿海防护林体系的第一道防线，主要表现在对台风、风暴潮等自然灾害的刚性抵御，通过有效降低风速导致林带被风面、林带内、迎风面以定范围内小气候的改变，为防护范围内的农田等基础设施提供一个稳定的生态环境达到防灾减灾的目的[2,3]。但目前，木麻黄防护林已进入衰老期，防护效果减退，对其进行优化配置是当务之急。

通过林带的气流可以分为两部分[4，5]：当低层气流行进中遇到基干林带时，由于受到林带的阻挡作用，一部分从林带的间隙通过，另外一部分气流被迫抬升从林带上方越过，穿过林带的气流受到树干树枝碰撞摩擦作用及摇曳枝条对机械能的耗损，林带内的风速大大减弱；林带上方的气流抬升改变了林带后动能的空间分布，使得低层空气动能减小，加上气流穿过林带时空气的粘性作用消耗了部分动能，使得风速减弱。

本文对木麻黄基干林带内外有效防护距离内的风速进行定点观测[6]，并应用等值线法对测定结果进行分析[7]，增进对林带内外整体风速变化规律和空间分布的认识，以期对基干林带的防护效果进行评价，为防护林基干林带的优化配置提供参考依据。

1 研究区概况

研究区设在福建省沿海南部东山县赤山林场，位于东经117°18′，北纬23°40′,属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温20.8℃，绝对最高气温36.6℃，绝对最低气温3.8℃，年均降水945mm，年均蒸发1056mm，大部分的降水集中于台风多发的5-9月。全年干湿季节明显，每年的11月至翌年的2月为旱季。主要自然灾害为台风，多发生在7~8月份，年均台风5.1次。秋冬东北风强盛，8级以上的大风天达105d，年平均风速7.0m/s，最大风速32.6m/s土壤以滨海沙土为主，以及均一性风积沙土，潮积沙土，红壤性风积，泥炭性风积沙土等。天然植被稀少，林下常见零星植被有木豆（Cajanus）、鼠刺（Spinifex littoreus）和牡荆（Verbena negando）等。

2 材料与方法

用上海风云气象制造厂制造的FYF-1便携式测风仪从2006年11月到2007年3月大风季节定点多次测量2m高处各点风速。木麻黄农田防护林里布置三条测线，每条测线的测点为分别为空旷地（-10h）、农田防护林前（-5h），林带1内、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h、农田防护林带2内、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h。从2006年11月到2007年3月大风季节不定期多次测量取平均值。

在数据的制图过程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法和制图功能。Surfer是由美国Golden Software公司在Windows环境下开发的等值线绘图软件。该软件的工作原理是通过数据网格化（插值）将离散的X,Y,Z空间数据转化为分布规则的空间数据，并以多种形式的图形表达出来。

Surfer的主要功能是绘制等值线图(countermap)，此外还可以绘制高质量的张贴图(post map)、线框图(3D wireframe map)、三维表面图(3D surface map)、向量图(vector map)、影像图(image map)、渐变地形图(shaded relief map)等[7]。

3 结果与分析

3.1 不同发育阶段木麻黄基干林带的风速变化规律

从2006年11月到2007年3月对五种不同发育阶段的木麻黄基干林带内部和基干林带后沿进行了风速测定。测定值见表1和表2。

对所测数据进行整合得到基干林带从空旷地到林带后25h距离范围内的风速数据值。绘制成曲线图，即不同发育阶段木麻黄基干林带内外一定区域内的风速变化图(见图1)。

由图1可知，在木麻黄基干林带内风速变化呈向下的左抛物线，在基干林带后呈向上的右抛物线状。木麻黄基干林带内和基干林带后整体风速变化呈开口向上的抛物线状。风速的减小量随着基干林带长度的增加而增大，直到基干林带内的风速为0，在林带后则风速逐渐增大，在林带后5h到10h的距离内会出现一定幅度的风速再次下降。并且下降的距离点并不相同。由图1可知，幼林、中幼林和中林大致在林带后5h到8h处出现一定程度的风速再次减低，此后风速则逐渐升高，直到接近空旷地风速。成熟林和过熟林则分别在10h和15h之间出现下降，而后再次回升，直到空旷地。

3.2 不同发育阶段木麻黄基干林带的风速空间分布

图2和图3分别为不同发育阶段木麻黄基干林带所有测点的表面图和等值线图。图中横坐标2-4、4-5.5、5.5-7、7-8.5和8.5-10分别为幼林、中幼林、中林、成熟林和过熟林。0-14为纵坐标，分别表示空旷地、木麻黄基干林带内0h（边缘）、0.5h、1h、2h、5h、10h、内20h、基干林带后0h、1h、2h、5h、10h、15h、20h和25h。Z轴表示风速值。

从图2中可以看出和风速曲线图中相似的规律。即图的左半边是木麻黄基干林带内区域面积上的风速值，右半边是木麻黄基干林带后一定区域范围内的风速值。空间曲面上存在着一些比较明显的凸起或者凹陷区域。根据对风速数据和实地考察的分析，可得知出现这种现象的原因是林带内局部区域树木死亡或者立地条件破坏和不同所致，这在客观上是正常的。图中央平滑下凹区是在林带内风速接近零和林边缘区，由于这些区域风速值很小并且相互连接。由图整体可以看出，木麻黄基干林带风速变化近似成平滑的下凹空间曲面。在曲面内部有些凸出和下凹的区域，这是由于基干林带内某些测点或者测线上有一些风速数据过大或者过小的原因。造成风速数据过大或者过小的原因是风速时空易变性和样地的空间易质性，这是不可避免的，是符合自然规律的。

在图3的中央部分，等值线比较稀疏和平直，而上半部比较紧密，下半部比较稀疏但不均匀，比较弯曲。这是因为中间是林内10h后到林后2h之间，这片区域风速相对较小，变化幅度也不大。上半部是片林内风速区，这片区域风速变化大，但比较均匀，因此比较稠密和平直。而下半部是林后区，这片区域风速变化较大，幅度也较大，因此等值线比较弯曲，分布也不均匀。

4 小结

4.1 海岸地区木麻黄基干林带对来自海洋的大风有明显的削减作用。在海岸基干林带的保护作用下，在基干林带内风速呈逐渐下降的趋势，在基干林带内5h处已经降低到空旷地的一半作用，在林带内10h处，风速大部分已经低于1m/s。在基干林带后1.5h处风速达到最下值，在林带后20h处风速又逐渐恢复到空旷地值。在中间局部区域出现有波动。基干林带风速整体规律呈开口向上的抛物线状，最低值出现在林带后2h内。

4.2 海岸木麻黄基干林带风速的空间分布呈平滑的曲面状，在基干林带内呈下凹式，林带后呈上升式。整体呈中间低两边逐渐升高的槽状，中间出现一些小的突出或下凹的斑快。基干林带的等值线图在基干林带内比较平直且均匀，在基干林带后比较弯曲且分布不均匀，说明在基干林带后风速变化比较频繁。

参考文献

[1] 叶功富,谭芳林,徐俊森,等.木麻黄基干林带的防风效应及其与林带结构的关系[J],防护林科技,2000,专刊1.

[2] 杨跃军,张大为,张国红,等.海岸基干林带作业设计新理念探索[J].中南林业调查规划,2007,26（1）:8-12.

[3] 林武星,洪伟,曾国强,等.滨海沙地木麻黄基干林带不同更新方式综合评价研究[J].江西农业大学学报.2004, (26): 540-544.

[4] 高智慧,张金池,陈顺伟,等.岩质海岸防护林――理论与实践[M]．北京：中国林业出版社，2001.

[5] 叶功富,肖胜生,郭瑞红.海岸生态学――探究海岸生物与环境相互作用的生态学分支[J].生态科学,2006,24(5):462-466.

[6] 林武星.闽南海岸带不同结构木麻黄林分防风效果研究[J].林业科技通讯，2000(4)：27-28.

[7] 王波雷,马孝义,苗正伟.基于Sufer软件的喷灌水量分布均匀性研究[J].人民黄河，2008.30(3):62-63.