东北黑土区防风林带基本特性及其与风向的关系

[目的] 为探究东北黑土区防风林带走向与主害风向的关系。[方法] 利用遥感解译和野外调查,获取研究区内林带基本特征数据,结合研究区内43个气象站点风速风向数据,对林带走向与主害风向的交角,即风向偏角进行计算分析。[结果] 蒙东黑土亚区偏西风占比大,风向较为集中,主害风主导性强烈,松嫩黑土亚区风向较为分散,主害风主导性较弱;平均林带密度松嫩黑土亚区＞蒙东黑土亚区;防风林带走向在松嫩黑土亚区占比最大的为N-S走向林带,蒙东黑土亚区没有明显的规律性;研究区内风向偏角＜30°占比为29.60%,＞30°占比为70.40%,防风作用较差。[结论] 研究区内大量防风林带走向与主害风向斜交,对主害风的防护作用较差。该研究结果对于了解现有防风林带密度、走向,进一步建设和改造防风林带有重要参考价值。     

不同疏透度的柠条带防风效果研究

中国干旱、半干旱地区受到风蚀荒漠化的威胁，土壤风蚀现象严重，对国民经济和社会发展造成了危害。植被的落叶期是土壤风蚀严重的季节，为探究落叶期不同疏透度下灌木林带的空气动力学特征，合理配置林带结构，修复荒漠草原土壤风蚀灾害，利用风蚀风洞开展模拟试验，以“一行一带”的柠条带为研究对象，设计不同疏透度的林带模型，分析不同疏透度的林带在6、9、12 m/s三种不同中心风速下带后的风速廓线、防风效能，揭示落叶期不同结构林带空气流场特征和防风效果。结果表明，不同疏透度的灌木林带对空气流场垂直结构产生了不同影响：同种中心风速下，植被疏透度数值越小，风速廓线发生变异的带后距离越近，且变异程度越大；同种疏透度下，中心风速越大，风速廓线发生变异的程度越大。柠条带后的防风效果为：疏透度35%林带>疏透度45%林带>疏透度60%林带。     

不同配置乔灌混交林防风效益的风洞试验

防护林对减轻风沙灾害,改善和恢复干旱区生态环境意义重大。为优化干旱区防护林配置,该研究以旱柳、梭梭和油蒿为研究对象,设计A型（高密度）、B型（中密度）、C型（低密度）3类乔灌混交林模型,每类林带依据林龄（5、10和20 a）设计3种高度,共9种乔灌混交林模型。在12 m/s风速条件下进行风洞试验,分析不同配置乔灌混交林的风速频数、风速流场、有效防护面积。结果表明：不同配置的乔灌混交林背风面风速流场差异显著,等密度林带高度增加,带后相同位置的风速减小、气流越平稳,树龄5 a的中密度和低密度林带风速分别集中在7.2～7.6、7.5～8.5 m/s,树龄20 a的中密度和低密度林带风速分别集中分布在4～5、4.5～5 m/s;树龄10 a的中密度和低密度带后最大风速与高密度林带相似,但最小风速分别为高密度林带的5.88、7.27倍,说明高密度林带降低风速作用明显,但风速随着林带距离的增加恢复迅速;不同密度林带的防风效能最佳区随带高的增加而向后移动,林带高度增加,林带密度优势减弱。因此,中高林龄的中密度乔灌混交林生态效益、经济效益最优。     

干旱半干旱区落叶期农田防护林防风效果的风洞试验研究

探究落叶期不同结构乔灌木农田防护林带的空气动力学特征,合理配置林带结构对于减轻风季（10月-翌年5月）干旱、半干旱区农田土壤风蚀灾害具有重要意义。该研究利用风洞模拟技术,以“2行1带”式乔灌木林带为研究对象,按照1：100的缩尺比例,设计了不同疏透度、不同行距的林带模型,分析不同结构林带的风速廓线、防风效能和有效防护比,揭示落叶期不同结构林带空气流场特征和防风效果。结果表明：乔、灌木林带对空气流场垂直结构产生了不同影响,乔木林带对气流具有分层作用,风影区位于林带后5倍树高处（5H）,灌木林带对气流具有抬升作用,风影区紧邻林带;疏透度较低的林带风速削弱作用更明显,疏透度45%、58%的乔木林带主要防风效能区间分别为20%～25%和15%～20%,疏透度36%、54%的灌木林带主要防风效能区间分别为10%～20%和5%～15%;在疏透度相近的条件下,行距对乔木林带防护效果的影响较小,在相同防风效能下不同行距乔木林带的累积有效防护比相差不到5个百分点,行距对灌木林带防护效果能产生较明显的影响,4 cm行距灌木林带相比2.5 cm行距林带在相同防风效能下的累积有效防护比高18～25个百分点;本研究中,乔木林带和灌木林带最优配置均为低疏透度（乔木45%、灌木35%）宽行距（乔木6 cm、灌木4 cm）模式。因此,在干旱、半干旱地区构建农田防护林带时,应当充分考虑林木落叶期的结构特征,针对乔木、灌木各自的特点有针对性地进行搭配,在合理的林带疏透度范围内,适当增大林带行距,以提高林带的防风能力,保障林木的健康生长。     

植株高大的目标作物对防护林防风效应影响的风洞模拟试验

防护林对降低风害,促进农作物稳产高产具有重要作用,但目前防护林配置研究仅注意到防护林本身,忽视了果树等植株高大作物对风速的影响。该文选取1种果树（枣树）,3种疏透度林带（30.12%、25.01%和20.92%）,在3种风速下（8、10、和14 m/s）进行风洞模拟,研究种植枣树等植株高大目标作物时,防护林风场特征及防风效应。结果表明：不同风速和林带疏透度下,枣树对林带前后流场均具有显著影响,特别是林带后近地面风速削减程度较大。1）随风速增大,无枣树林带防风效应减小,有枣树林带变化较小,但增量增大,在8、10、和14m/s风速下分别增大16.40%、23.65%和29.05%;2）疏透度为30.12%时,有枣树林带综合防风效应最佳。随疏透度减小,无枣树林带防风效应增大,有枣树林带变化较小,但增量减小,在3种疏透度下分别增加22.72%、15.22%和1.28%。因此总结认为在集约化和精准农业要求下,进行枣树等植株高大作物防护林带配置时,应考虑目标作物的防风效应,如此可减少防护林面积,显著提高目标作物的经济效益。     

旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响

为了揭示旷野风速对农田林网内风速分布及防风效能的影响,通过空间多点实地观测,利用传统统计分析、Surfer软件、地统计学等方法对3种风速(5.4,7.2和10.3m/s)条件下的林网内风速分布及防风效能进行了分析。结果表明,3种旷野风速下主林带的背风面均形成一个较大范围的降风区;3种旷野风速下林网平均降低风速效能为26.1,23.3和25.7%,平均有效防护面积比为50.8%,41.7%和47.7%,林网的总体防护效能在风速为5.4m/s时为最大,风速为7.2m/s时为最小;3种不同旷野风速下林网风速空间变异函数均可以较好地拟合为球状模型,3种旷野风速下网格内风速块金值与基台值的比值较小,均小于25%,林网内风速均具有强烈的空间自相关性。旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响比较复杂,并不是单一的随着风速的增大而增大或减小,受林带结构及疏透度的影响较大。     

不同密度梭梭林对风速的影响

梭梭是干旱沙区主要的防风固沙树种,在民勤青土湖湖区选取具有不同密度分布的人工梭梭林,对照测定林带内外的风速变化.结果表明:林带宽度约为200 m,沿主风向由疏至密组合成非均匀林带,林带最大密度为276.8株/hm2.当外界风速达到8.0～10.0 m/s时,林带内0～400 cm高度范围内风速降幅在41.44%～72.22%,风速变异系数为无林区的两倍以上,且林带内无流沙,从而达到较好的防风阻沙效果.单株梭梭的大株型及稠密结构降低风速的幅度小于冠幅大而枝条较疏的植株.合理疏密结构的梭梭林带可有效降低风速,达到防风固沙的目的.     

仿真固沙灌木防风积沙效应的风洞模拟研究

仿真固沙灌木是一种由抗老化的高分子化合物聚合而成并具有与油蓠、沙蒿等沙生灌木相似外部形状的新型防风固沙材料.在风洞内对不同疏透度(β)的仿真固沙灌木,在7,9,12,15 m/s的实验风速下进行模拟研究,测定其防风与积沙效应,探讨输沙量与风速和疏透度之间的关系.结果表明:仿真固沙灌木在不同风速条件下,整个风速流场过程可分为灌木前部、灌木内部、灌木后部3个区域,形成6个减速区和4个加速区,共10个新能区.其中,障前H、0.5H区域和障后0.5H～3H区域为主要的风速削减区.不同疏透度的仿真固沙灌木在不同风速条件下其水平风速降低趋势一致,平均降幅在35%～46%之间,其中,枝条数20根、疏透度(β)为36%～41%的仿真固沙灌木降幅最大.不同疏透度仿真固沙灌木障后输沙量随风速增加而增大,但其阻沙效益差异显著,疏透度(β)为36%～41%的仿真植物在不同风速下阻沙效益稳定,表现好.从仿真植物的构型设计与生产成本、防护效应及实际设置等方面综合考虑,初步确定仿真固沙灌木最佳疏透度(β)应在30%～40%之间,枝条数量在16～20根之间较为合适.     

不同带间距柠条锦鸡儿防护林防风效应与带间植被组成

通过对四子王旗不同带间距（4 m,6 m,8 m）柠条锦鸡儿防护林风速流场与带间植被的测定,研究了其防风效果与带间植被组成情况。结果表明:（1）在不同对照风速条件下,不同带间距柠条锦鸡儿防护林均对风速具有减弱作用,并且在带间出现了风影区与加速区。（2）在距地面0~2 m高度处,林带防风效果为4 m > 6 m > 8 m,8 m宽林带对低风速（6~8 m/s）可以进行有效防护,对高风速（10 m/s）也可以控制在起沙风速以下,且风速经过4条林带的阻挡后减弱效果明显。（3）8 m宽林带间出现了以百里香、狗尾草以及蒿属为主的草本群落,与地带性草本群落（羊草+冷蒿）较为接近,恢复效果明显。确定的带宽与林带数量可为今后柠条锦鸡儿防风阻沙林建设以及多树种带状混交配置模式的确定提供重要科学依据。     

施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。     

台湾东部地区防风定砂之植生工法设计

对于台湾东部地区提出防风定砂之植生工法,以改善台湾东海岸及河川内之风砂危害。台湾台东地区,近年来受到2001年6月的奇比7、月的尤特和9月的利奇马台风,几个强台风接连的肆虐,造成海岸地区及河川高滩地之自然植被流失,海岸及河床大面积裸露。易遭上游冲刷的泥浆粉砂覆盖,枯水干旱期间再加上东北风横吹,致使粉砂土扬起吹向市区,造成严重的风砂为患。为了减少农作物之损失、自然环境之破坏以及维护生活品质、当地居民生命财产之安全,采取较不破坏环境景观之植生工法,针对东台湾之环境特性,设计适宜之防风定砂设施,以减低风害、盐害并达到营造河海岸之生物多样性生态环境的目的。     

农田防护林防风效能的遥感评价

防护林是农田生态系统的重要组成部分,在农田生态系统中扮演着重要的角色。疏透度是一个重要的森林结构参数,被广泛应用于农田防护林防风效能的评价研究。遥感技术具有高空间分辨率和重复对地连续观测的特点,可以弥补野外调查工作的不足。该研究以疏透度为研究对象,利用高空间分辨率遥感数据实现农田防护林疏透度的定量估算,得到研究区防护林网疏透度的空间分布。然后根据估算的疏透度,将研究区防护林网分成紧密型,疏适型和稀疏型3类,以此对其防风效能进行评价。研究结果表明,林带结构参数中平均冠高、叶面积指数和林带宽度的变量组合与防护林疏透度相关性最好,相关系数达到-0.941。利用此变量建立的估算防护林疏透度的统计模型平均精度达到85.413%。疏透度分类统计结果表明,研究区内防护林网多以疏适型防护林为主,占研究区防护林网面积的60.733%,疏适型防护林具有最优的防风效能。相关研究可以为利用遥感手段进行农田防护林的防风效能评价提供参考依据。     

塑料大棚设计中基本风压取值方法

目前塑料大棚设计中基本风压基本按照《建筑结构荷载规范》取值,但塑料大棚结构轻,覆盖大棚的塑料薄膜在强度上远不如工业与民用建筑所用的砖石结构、钢筋混凝土结构及轻钢结构。此外,往往瞬时风速就有可能将整个大棚结构摧毁,因此按工业与民用建筑标准的荷载取值方法不尽适合塑料大棚的结构设计。该文针对塑料大棚特点,提出采用3 s瞬时风速作为计算基本风压的依据,并搜集整理了中国各台站近30 a的气象数据,形成了塑料大棚结构设计的专用资料库,并绘制出中国基本风压等值线图,可供塑料大棚结构设计应用。     

Direct field measurement of wind drag on vegetation for application to windbreak design and modelling

A field instrument was designed and field tested for measuring the applied wind load on trees and surface-mounted obstacles in a natural boundary layer. Using this instrument, the effect of vegetation porosity on the drag coefficient of small conifer trees (h=1·4 m) was determined directly in the field. Drag coefficients for two simple solid geometric forms (cone and cylinder) having approximately the same size (height and diameter) as the conifer trees were also measured over a relatively wide range of Reynolds numbers and the results compared to published drag curves for these shapes. The field study found that the porous element had a higher drag coefficient than a solid element, both for the solid element tested and for the drag coefficient suggested for surface-mounted solid obstacles. The drag coefficient changed on a continuum with porosity, rising initially from the value measured for the element as a solid, reaching a peak at an intermediate value and eventually falling to zero when the element was removed. This peak in the drag coefficient versus porosity curve corresponds to reports that shelterbelt efficiency peaks at medium-porosities, and is an important relationship in terms of modelling momentum extraction of vegetation, one which has not been shown previously in the literature. Findings of this study have direct application to the modelling of shelterbelts and windbreaks and the assessment of the amount of vegetation cover required to suppress wind erosion in rangeland vegetation communities. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

河北省坝上地区牧场防护林的防风效能研究

[目的]揭示河北省坝上地区御道口牧场防护林林带的防风效能,为牧场防护林建设提供理论依据。[方法]以樟子松防护林林带为研究对象,运用空间多点观测法观测。[结果]当旷野风速为3.84m/s时,在林后1(H为林带平均高度)H处,风速最小,同时防风效能最大,但随着水平距离的增加风速在逐渐升高而防风效能呈逐渐下降趋势。旷野风速越大,林带防风效能增大,有效防护距离变大。当旷野风速为5~6级时,在林内,1H,5H处的防风效能最好,防风效能范围为67.97%~94.27%。不同垂直高度上防风效能的变化趋势由大到小为:30,50,150,300cm,风速的分布规律变化趋势与防风效能正好相反,由大到小为:300,150,50,30cm。[结论]牧场防护林林带后的1~10H区域是林带的最佳保护区和作用范围,其中林后1H的防风效能最好,但会随着风速和垂直高度的变化而有一定的差异。     

晋北沙漠化地区土壤风蚀动态及防治效果

[目的]对晋北沙漠化区土壤风蚀状况及空间差异进行研究,以期为区域土地退化和京津风沙源治理工程的效益评估提供科学依据。[方法]基于耕地和林草地不同地表类型的土壤风蚀模型,逐像元地计算2001—2014年晋北沙漠化地区土壤风蚀状况及空间差异。[结果](1)2001—2014年晋北沙漠化区的平均土壤风蚀模数达到4.67t/(hm~2·a),处于轻度风蚀状态。区域分布上,北部区域风蚀状况明显高于南部。(2)研究区2001,2005,2010和2014年的平均土壤风蚀模数分别为6.83,3.89,4.36和2.55t/(hm~2·a);土壤风蚀总量分别为2.09×10~7 t,1.19×10~7 t,1.31×10~7 t和7.65×106 t。(3)晋北沙漠化地区植被覆盖度提高和风力减弱是区域土壤风蚀强度削弱的主要原因。研究发现风力作用的减弱贡献率约为77.7%,而植被覆盖度的提高的贡献率为22.3%。[结论]晋北土壤风蚀状况空间差异较大,风速减弱是导致区域土壤风蚀削弱的主要原因。晋北沙漠化地区植被覆盖度尚未恢复到良好的状态,生态工程建设还需进一步实施,生态工程实施的成果需加强保护。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

黄泛平原小网格农田林网的风场特征

有效控制黄泛平原风沙危害对于农业增产增收具有重要的意义,以山东省菏泽市鄄城县黄河滩区3种主林带林龄(分别为4 a、6 a和8 a)的等面积小网格(分别记为网格1、2、3)农田林网为研究对象,通过空间多点观测,研究网格内风场的空间分布特征及其防护效能。结果表明:主林带树高或林龄对林网内风速的变化有较大影响,防风效能和防护面积随着主林带树高的增加而增大。林网内风速的半方差函数分析表明,3种网格内风速理论变异模型分别为高斯模型、球型模型和球型模型,而且有强烈的空间自相关性,其自相关性大小和空间连续性与主林带林龄密切相关,表现为网格1<网格2<网格3。以降低风速30%～50%为标准确定有效防护面积,3种网格的平均有效防护面积比分别为31.0%、40.7%和46.7%。总体上,相同面积林网的防护效能随林带树高增大而增大。研究成果可为农田林网的可持续经营提供理论依据。     

中欧温室规范中风荷载取值的对比

为了更好地指导温室结构设计与优化,该文对中欧温室结构规范中风荷载的取值方法进行了比较。首先简要比较了中欧温室规范中风荷载的定义和计算方法,然后分别对2种规范中关于基本风压、风压高度变化系数及结构体型系数的规定进行了详细地探讨。比较结果表明,中欧温室风荷载在计算思路上相近,但在参数的定义及选取方面,中国温室荷载规范存在一些不合理性。该文还根据中欧的不同规定,利用结构分析软件SAP2000对某典型温室进行了风荷载效应的计算对比,结果表明采取欧洲温室规范计算所得的结构内力值更高,并对中国温室荷载规范进一步的修订提出了一些建议。     

温室基本风压取值方法探讨

风荷载作为温室主要活荷载,直接影响着温室结构的安全性和经济性.基本风压是计算风荷载的基础,在温室设计中,基本风压的取值长期以来沿用工业与民用建筑的荷载规范,存在许多不合理因素.2002年发布的<温室结构荷载规范>中对基本风压的规定与1987年的建筑规范完全相同,仍然未能体现温室这种特殊建筑的特征.该文根据温室特点对基本风压的取值方法进行了探讨,对<温室结构荷载规范>中基本风压所规定的重现期、风速测量高度、风速平均时距值进行了修正:将重现期由原来的30年改为5～30年,时距由10min改为瞬时～10 min,高度由10 m改为3～7 m,并根据部分地区的风速资料采用统计学中的极限概率模型--极值Ⅰ型分布模型计算出这些地区温室基本风压的修正值.