閩南沿海木麻黃基干林帶的防風效應

[摘要] 為深入認識沿海木麻黃基干林帶內外風速變化規律和空間分布，從2006年11月到2007年3月在東山島木麻黃基干林帶內外多個測點進行了風速測定。結果表明：基干林帶風速變化規律為：林內下降和林外上升的開口向上的拋物線狀；風速空間分布為林帶內下凹、林帶后上升的平滑曲面，中間出現一些小的凸出或下凹的斑快。基干林帶內等值線比較平直均勻，林帶后比較彎曲且分布不均勻。

[關鍵詞] 木麻黃 基干林帶 風速 空間分布 等值線圖

福建海岸線長達3051km，由于處于陸海交替地帶，是風沙、干旱等自然災害多發區，嚴重威脅著人民生活和經濟發展[1]。建國以后，大面積營建以木麻黃為主的基干林帶，在防風固沙、改善生態環境和促進經濟建設等方面發揮了難以替代的作用。海岸基干林帶是沿海防護林體系的第一道防線，主要表現在對臺風、風暴潮等自然災害的剛性抵御，通過有效降低風速導致林帶被風面、林帶內、迎風面以定范圍內小氣候的改變，為防護范圍內的農田等基礎設施提供一個穩定的生態環境達到防災減災的目的[2，3]。但目前，木麻黃防護林已進入衰老期，防護效果減退，對其進行優化配置是當務之急。

通過林帶的氣流可以分為兩部分[4，5]：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，另外一部分氣流被迫抬升從林帶上方越過，穿過林帶的氣流受到樹干樹枝碰撞摩擦作用及搖曳枝條對機械能的耗損，林帶內的風速大大減弱；林帶上方的氣流抬升改變了林帶后動能的空間分布，使得低層空氣動能減小，加上氣流穿過林帶時空氣的粘性作用消耗了部分動能，使得風速減弱。

本文對木麻黃基干林帶內外有效防護距離內的風速進行定點觀測[6]，并應用等值線法對測定結果進行分析[7]，增進對林帶內外整體風速變化規律和空間分布的認識，以期對基干林帶的防護效果進行評價，為防護林基干林帶的優化配置提供參考依據。

1 研究區概況

研究區設在福建省沿海南部東山縣赤山林場，位于東經117°18′，北緯23°40′，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，以及均一性風積沙土，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 材料與方法

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2m高處各點風速。木麻黃農田防護林里布置三條測線，每條測線的測點為分別為空曠地（-10h）、農田防護林前（-5h），林帶1內、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h、農田防護林帶2內、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h。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[7]。

3 結果與分析

3.1 不同發育階段木麻黃基干林帶的風速變化規律

從2006年11月到2007年3月對五種不同發育階段的木麻黃基干林帶內部和基干林帶后沿進行了風速測定。測定值見表1和表2。

對所測數據進行整合得到基干林帶從空曠地到林帶后25h距離范圍內的風速數據值。繪制成曲線圖，即不同發育階段木麻黃基干林帶內外一定區域內的風速變化圖(見圖1)。

由圖1可知，在木麻黃基干林帶內風速變化呈向下的左拋物線，在基干林帶后呈向上的右拋物線狀。木麻黃基干林帶內和基干林帶后整體風速變化呈開口向上的拋物線狀。風速的減小量隨著基干林帶長度的增加而增大，直到基干林帶內的風速為0，在林帶后則風速逐漸增大，在林帶后5h到10h的距離內會出現一定幅度的風速再次下降。并且下降的距離點并不相同。由圖1可知，幼林、中幼林和中林大致在林帶后5h到8h處出現一定程度的風速再次減低，此后風速則逐漸升高，直到接近空曠地風速。成熟林和過熟林則分別在10h和15h之間出現下降，而后再次回升，直到空曠地。

3.2 不同發育階段木麻黃基干林帶的風速空間分布

圖2和圖3分別為不同發育階段木麻黃基干林帶所有測點的表面圖和等值線圖。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。0-14為縱坐標，分別表示空曠地、木麻黃基干林帶內0h（邊緣）、0.5h、1h、2h、5h、10h、內20h、基干林帶后0h、1h、2h、5h、10h、15h、20h和25h。Z軸表示風速值。

從圖2中可以看出和風速曲線圖中相似的規律。即圖的左半邊是木麻黃基干林帶內區域面積上的風速值，右半邊是木麻黃基干林帶后一定區域范圍內的風速值?？臻g曲面上存在著一些比較明顯的凸起或者凹陷區域。根據對風速數據和實地考察的分析，可得知出現這種現象的原因是林帶內局部區域樹木死亡或者立地條件破壞和不同所致，這在客觀上是正常的。圖中央平滑下凹區是在林帶內風速接近零和林邊緣區，由于這些區域風速值很小并且相互連接。由圖整體可以看出，木麻黃基干林帶風速變化近似成平滑的下凹空間曲面。在曲面內部有些凸出和下凹的區域，這是由于基干林帶內某些測點或者測線上有一些風速數據過大或者過小的原因。造成風速數據過大或者過小的原因是風速時空易變性和樣地的空間易質性，這是不可避免的，是符合自然規律的。

在圖3的中央部分，等值線比較稀疏和平直，而上半部比較緊密，下半部比較稀疏但不均勻，比較彎曲。這是因為中間是林內10h后到林后2h之間，這片區域風速相對較小，變化幅度也不大。上半部是片林內風速區，這片區域風速變化大，但比較均勻，因此比較稠密和平直。而下半部是林后區，這片區域風速變化較大，幅度也較大，因此等值線比較彎曲，分布也不均勻。

4 小結

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?；闪謳эL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

[1] 葉功富，譚芳林，徐俊森，等.木麻黃基干林帶的防風效應及其與林帶結構的關系[J]，防護林科技，2000，專刊1.

[2] 楊躍軍，張大為，張國紅，等.海岸基干林帶作業設計新理念探索[J].中南林業調查規劃，2007，26（1）:8-12.

[3] 林武星，洪偉，曾國強，等.濱海沙地木麻黃基干林帶不同更新方式綜合評價研究[J].江西農業大學學報.2004， (26): 540-544.

[4] 高智慧，張金池，陳順偉，等.巖質海岸防護林——理論與實踐[M]．北京：中國林業出版社，2001.

[5] 葉功富，肖勝生，郭瑞紅.海岸生態學——探究海岸生物與環境相互作用的生態學分支[J].生態科學，2006，24(5):462-466.

[6] 林武星.閩南海岸帶不同結構木麻黃林分防風效果研究[J].林業科技通訊，2000(4)：27-28.

[7] 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.