福建東山木麻黃基干林內的風速變化規律

[摘要] 從2006年11月到2007年3月在東山島對不同發育階段木麻黃基干林帶內多個測點進行了風速測定，以探討基干林帶內部風速變化規律和空間分布。結果表明：木麻黃基干林帶內風速呈逐漸下降趨勢，各發育階段林帶內5h處風速小于2m/s，10h處低于1m/s。空間分布為平滑的下降曲面，局部有凸起和下凹。等值線比較平直和均勻，沒有形成閉合區域。

[關鍵詞] 木麻黃 基干林帶 風速 空間表面圖 等值線圖

自20世紀50年代以來，我國東南沿海陸續營造了大面積的木麻黃防護林，基本形成了以基干林、片林、農田防護林為主要組成部分的沿海防護林體系，從根本上改善了沿海地區的生態環境。作為沿海防護林第一道防護屏障，基干林帶在防風固沙，防海潮和抵御臺風、風暴潮等重大自然災害方面起著關鍵作用[1，2，3]。木麻黃以其優良的適應性和抗逆能力，尤其是在海岸風口生境條件十分困難的地段，使林帶具有良好的防護功能，產生了良好的防護效果，發揮了巨大的生態社會和經濟效益。但是目前木麻黃基干林已經進入衰老期，防護效果減弱。為保持林帶防護功能和防護效益的永續性，當務之急是進行林帶的優化配置，營建一條防護功能強，防護效益永續、可持續發展的新林帶[4，5]。因此有必要綜合了解木麻黃基干林對風速變化規律的影響，以及不同發育階段木麻黃基干林的防風效益，為林帶的優化配置提高科學依據[6，7]。

本文對不同發育階段木麻黃基干林內風速進行定點觀測，并應用等值線圖法對測定結果進行分析[8]，可以直觀顯示出風速在木麻黃基干林帶內的變化和空間分布規律。

1 研究區概況

研究區選在東山赤山林場，位于福建沿海南部，東經117°18′，北緯23°40′。東山屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫20.8℃，絕對最高氣溫36.6℃，絕對最低氣溫3.8℃。年均降水945mm，年均蒸發1056mm，大部分的降水集中于臺風多發的月份5~9月。全年干濕季節明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災害為臺風，多發生在7~8月份，年均臺風5.1次。秋冬季節東北風強盛，8級以上的大風天達105d，年平均風速7.0m/s，最大風速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，還有均一性風積沙土，潮積沙土，紅壤性風積，泥炭性風積沙土等。天然植被稀少，林下常見零星植被有木豆（Cajanus）、鼠刺（Spinifex littoreus）和牡荊（Verbena negando）等。

2 研究方法

2.1 林帶結構的調查

用測樹學、樹木學、生態學等學科知識對試驗地進行林帶基本情況調查和分析。試驗地林帶結構和基干林帶后區域調查結果如表1所示。

2.2風速的調查和分析

用上海風云氣象制造廠制造的FYF-1便攜式測風儀從2006年11月到2007年3月大風季節定點多次測量不同點的風速，測量高度為2m。在木麻黃基干林帶內布置三條測線，每條測線相隔30米，布置測點分別為：空曠地、林帶前0h、林帶內0.5h、林帶內1h、林帶內2h、林帶內5h、林帶內10h、林帶內20h、基干林帶林后緣、林帶后1h、林帶后2h、林帶后5h、林帶后10h、林帶后15h、林帶后20h和林帶后25h（h為樹高）。從2006年11月到2007年3月大風季節不定期多次測量取平均值。

在數據的制圖過程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法和制圖功能。Surfer是由美國Golden Software公司在Windows環境下開發的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過數據網格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數據轉化為分布規則的空間數據，并以多種形式的圖形表達出來。Surfer的主要功能是繪制等值線圖(countermap)，此外還可以繪制高質量的張貼圖(post map)、線框圖(3D wireframe map)、三維表面圖(3D surface map)、向量圖(vector map)、影像圖(image map)、漸變地形圖(shaded relief map)等[8]。

3 結果與分析

3.1 不同發育階段木麻黃基干林帶內風速調查和規律分析

森林生態系統的結構和功能之間關系密切，合理的林分結構是森林生態功能充分發揮的前提條件。沿海防護林的主要作用是降低風速，導致林帶背風面和迎風面一定范圍內小氣候的改變。我們從2006年11月到2007年3月在東山赤山林場的基干林帶進行試驗，調查了不同測點的風速，并進行了統計分析。調查和統計結果見表2和表3。

從表2可以看出，當低層氣流行進中遇到基干林帶時，由于受到林帶的阻擋作用，一部分從林帶的間隙通過，另一部分氣流被迫臺升從林帶上方通過，故在各個發育階段的林帶前所測風速都有一定程度的降低。穿過林帶的氣流受到樹干、樹枝碰撞磨損作用，及枝條對機械能的損耗，林帶內各測點的風速成逐漸降低的趨勢，在林帶內5h左右的風速已經沒有破壞作用，幼林、中幼林和中林在林帶內10h左右已經低于1m/s。

從圖1可知，在基干林帶內風速呈逐漸下降的趨勢，幼林的下降幅度最大。在林帶內5h到10h之間風速已經小于2m/s，沒有任何破壞作用，在20h處風速已經接近于0。

3.2 不同發育階段木麻黃基干林帶內風速的空間分布

對所調查三條測線的風速數據進行網格化處理，并繪制成空間表面圖和等值線圖。圖2為不同發育階段木麻黃基干林帶內風速表面圖，圖3為不同發育階段木麻黃基干林帶各測點的等值線圖。圖中橫坐標2-4、4-5.5、5.5-7、7-8.5和8.5-10分別為幼林、中幼林、中林、成熟林和過熟林。0-7是縱坐標，分別表示空曠地、林前0h、林內0.5h、林內1h、林內2h、林內5h、林內10h和林內20h。Z軸表示風速值。

由圖3可知，木麻黃基干林帶內從空曠地到林內20h距離點，風速呈平滑而逐漸下降的空間曲面，下降的距離點從幼林到過熟林逐漸后移，下降的幅度，也在逐漸減小。在基干林帶內各條等值線之間分布相對比較均勻，沒有太密也沒太稀，只有在局部地區，等值線之間過稀疏。這說明在基干林帶內風速變化比較和緩，不太劇烈，只有局部測線變化比較劇烈。這與前面的分析是基本上相吻合的。

4 結果與分析

4.1 海岸地區木麻黃基干林帶對來自海洋的大風有明顯的削減作用。在海岸基干林帶的保護作用下，在基干林帶內風速呈逐漸下降的趨勢，在基干林帶內5h處已經降低到空曠地的一半作用，在林帶內10h處，風速大部分已經低于1m/s。在基干林帶后1.5h處風速達到最下值，在林帶后20h處風速又逐漸恢復到空曠地值。在中間局部區域出現有波動。基干林帶風速整體規律呈開口向上的拋物線狀，最低值出現在林帶后2h內。

4.2 海岸木麻黃基干林帶風速的空間分布呈平滑的曲面狀，在基干林帶內呈下凹式，林帶后呈上升式。整體呈中間低兩邊逐漸升高的槽狀，中間出現一些小的突出或下凹的斑快。基干林帶的等值線圖在基干林帶內比較平直且均勻，在基干林帶后比較彎曲且分布不均勻，說明在基干林帶后風速變化比較頻繁。

參考文獻

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[8] 王波雷，馬孝義，苗正偉.基于Sufer軟件的噴灌水量分布均勻性研究[J].人民黃河，2008.30(3):62-63.