福建東山木麻黃基干林內(nèi)的風(fēng)速變化規(guī)律

[摘要] 從2006年11月到2007年3月在東山島對(duì)不同發(fā)育階段木麻黃基干林帶內(nèi)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了風(fēng)速測(cè)定，以探討基干林帶內(nèi)部風(fēng)速變化規(guī)律和空間分布。結(jié)果表明：木麻黃基干林帶內(nèi)風(fēng)速呈逐漸下降趨勢(shì)，各發(fā)育階段林帶內(nèi)5h處風(fēng)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(méi)有形成閉合區(qū)域。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 基干林帶 風(fēng)速 空間表面圖 等值線圖

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)東南沿海陸續(xù)營(yíng)造了大面積的木麻黃防護(hù)林，基本形成了以基干林、片林、農(nóng)田防護(hù)林為主要組成部分的沿海防護(hù)林體系，從根本上改善了沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。作為沿海防護(hù)林第一道防護(hù)屏障，基干林帶在防風(fēng)固沙，防海潮和抵御臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等重大自然災(zāi)害方面起著關(guān)鍵作用[1，2，3]。木麻黃以其優(yōu)良的適應(yīng)性和抗逆能力，尤其是在海岸風(fēng)口生境條件十分困難的地段，使林帶具有良好的防護(hù)功能，產(chǎn)生了良好的防護(hù)效果，發(fā)揮了巨大的生態(tài)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但是目前木麻黃基干林已經(jīng)進(jìn)入衰老期，防護(hù)效果減弱。為保持林帶防護(hù)功能和防護(hù)效益的永續(xù)性，當(dāng)務(wù)之急是進(jìn)行林帶的優(yōu)化配置，營(yíng)建一條防護(hù)功能強(qiáng)，防護(hù)效益永續(xù)、可持續(xù)發(fā)展的新林帶[4，5]。因此有必要綜合了解木麻黃基干林對(duì)風(fēng)速變化規(guī)律的影響，以及不同發(fā)育階段木麻黃基干林的防風(fēng)效益，為林帶的優(yōu)化配置提高科學(xué)依據(jù)[6，7]。

本文對(duì)不同發(fā)育階段木麻黃基干林內(nèi)風(fēng)速進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，并應(yīng)用等值線圖法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析[8]，可以直觀顯示出風(fēng)速在木麻黃基干林帶內(nèi)的變化和空間分布規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選在東山赤山林場(chǎng)，位于福建沿海南部，東經(jīng)117°18′，北緯23°40′。東山屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.8℃，絕對(duì)最高氣溫36.6℃，絕對(duì)最低氣溫3.8℃。年均降水945mm，年均蒸發(fā)1056mm，大部分的降水集中于臺(tái)風(fēng)多發(fā)的月份5~9月。全年干濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災(zāi)害為臺(tái)風(fēng)，多發(fā)生在7~8月份，年均臺(tái)風(fēng)5.1次。秋冬季節(jié)東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級(jí)以上的大風(fēng)天達(dá)105d，年平均風(fēng)速7.0m/s，最大風(fēng)速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，還有均一性風(fēng)積沙土，潮積沙土，紅壤性風(fēng)積，泥炭性風(fēng)積沙土等。天然植被稀少，林下常見(jiàn)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(jié)構(gòu)的調(diào)查

用測(cè)樹(shù)學(xué)、樹(shù)木學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科知識(shí)對(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行林帶基本情況調(diào)查和分析。試驗(yàn)地林帶結(jié)構(gòu)和基干林帶后區(qū)域調(diào)查結(jié)果如表1所示。

2.2風(fēng)速的調(diào)查和分析

用上海風(fēng)云氣象制造廠制造的FYF-1便攜式測(cè)風(fēng)儀從2006年11月到2007年3月大風(fēng)季節(jié)定點(diǎn)多次測(cè)量不同點(diǎn)的風(fēng)速，測(cè)量高度為2m。在木麻黃基干林帶內(nèi)布置三條測(cè)線，每條測(cè)線相隔30米，布置測(cè)點(diǎn)分別為：空曠地、林帶前0h、林帶內(nèi)0.5h、林帶內(nèi)1h、林帶內(nèi)2h、林帶內(nèi)5h、林帶內(nèi)10h、林帶內(nèi)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(shù)高）。從2006年11月到2007年3月大風(fēng)季節(jié)不定期多次測(cè)量取平均值。

在數(shù)據(jù)的制圖過(guò)程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法和制圖功能。Surfer是由美國(guó)Golden Software公司在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分布規(guī)則的空間數(shù)據(jù)，并以多種形式的圖形表達(dá)出來(lái)。Surfer的主要功能是繪制等值線圖(countermap)，此外還可以繪制高質(zhì)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(jié)果與分析

3.1 不同發(fā)育階段木麻黃基干林帶內(nèi)風(fēng)速調(diào)查和規(guī)律分析

森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能之間關(guān)系密切，合理的林分結(jié)構(gòu)是森林生態(tài)功能充分發(fā)揮的前提條件。沿海防護(hù)林的主要作用是降低風(fēng)速，導(dǎo)致林帶背風(fēng)面和迎風(fēng)面一定范圍內(nèi)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(chǎng)的基干林帶進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)查了不同測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

從表2可以看出，當(dāng)?shù)蛯託饬餍羞M(jìn)中遇到基干林帶時(shí)，由于受到林帶的阻擋作用，一部分從林帶的間隙通過(guò)，另一部分氣流被迫臺(tái)升從林帶上方通過(guò)，故在各個(gè)發(fā)育階段的林帶前所測(cè)風(fēng)速都有一定程度的降低。穿過(guò)林帶的氣流受到樹(shù)干、樹(shù)枝碰撞磨損作用，及枝條對(duì)機(jī)械能的損耗，林帶內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速成逐漸降低的趨勢(shì)，在林帶內(nèi)5h左右的風(fēng)速已經(jīng)沒(méi)有破壞作用，幼林、中幼林和中林在林帶內(nèi)10h左右已經(jīng)低于1m/s。

從圖1可知，在基干林帶內(nèi)風(fēng)速呈逐漸下降的趨勢(shì)，幼林的下降幅度最大。在林帶內(nèi)5h到10h之間風(fēng)速已經(jīng)小于2m/s，沒(méi)有任何破壞作用，在20h處風(fēng)速已經(jīng)接近于0。

3.2 不同發(fā)育階段木麻黃基干林帶內(nèi)風(fēng)速的空間分布

對(duì)所調(diào)查三條測(cè)線的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，并繪制成空間表面圖和等值線圖。圖2為不同發(fā)育階段木麻黃基干林帶內(nèi)風(fēng)速表面圖，圖3為不同發(fā)育階段木麻黃基干林帶各測(cè)點(diǎn)的等值線圖。圖中橫坐標(biāo)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(guò)熟林。0-7是縱坐標(biāo)，分別表示空曠地、林前0h、林內(nèi)0.5h、林內(nèi)1h、林內(nèi)2h、林內(nèi)5h、林內(nèi)10h和林內(nèi)20h。Z軸表示風(fēng)速值。

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

4 結(jié)果與分析

4.1 海岸地區(qū)木麻黃基干林帶對(duì)來(lái)自海洋的大風(fēng)有明顯的削減作用。在海岸基干林帶的保護(hù)作用下，在基干林帶內(nèi)風(fēng)速呈逐漸下降的趨勢(shì)，在基干林帶內(nèi)5h處已經(jīng)降低到空曠地的一半作用，在林帶內(nèi)10h處，風(fēng)速大部分已經(jīng)低于1m/s。在基干林帶后1.5h處風(fēng)速達(dá)到最下值，在林帶后20h處風(fēng)速又逐漸恢復(fù)到空曠地值。在中間局部區(qū)域出現(xiàn)有波動(dòng)。基干林帶風(fēng)速整體規(guī)律呈開(kāi)口向上的拋物線狀，最低值出現(xiàn)在林帶后2h內(nèi)。

4.2 海岸木麻黃基干林帶風(fēng)速的空間分布呈平滑的曲面狀，在基干林帶內(nèi)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(xiàn)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(nèi)比較平直且均勻，在基干林帶后比較彎曲且分布不均勻，說(shuō)明在基干林帶后風(fēng)速變化比較頻繁。

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