1. Влияние леса на ветер, значение этого фактора для защиты леса от вредного воздействия ветров

В лесу ослабляются сила и скорость ветра, влияние леса сказывается и на направлении ветра, на перемещении воздушных потоков. Опушечная часть леса влияет на поведение ветра на смежных открытых участках, образуя наветренную и заветренную стороны. По некоторым данным лес воздействует и на средние величины скорости ветра в масштабе крупных регионов.

Ветер вблизи леса. Местное влияние леса на ветер начало изучаться во второй половине XIX столетия (Шатилов, 1893; Бычихин, 1893). Первые экспериментальные исследования по изучению влияние леса на ветер, ставшие классическим, были проведены Н.С. Нестеровым в 1904-1906 гг. под Москвой (Нестеров, 1908). Он определил изменение скорости ветра перед лесом, в лесу и за лесом. Установил образование воздушного прибоя вблизи леса при движении ветра с открытого места к лесу и воздухопада вблизи заветренной стороны леса. Данные Н.С. Нестерова показали, что если скорость ветра открытого места принять за 100, скорость его при приближении к лесу меняется следующим образом: на расстоянии 110м- 100%, 76 м- 84%, 30 м- 98%. Часть воздушных масс поднимается вверх, часть входит в лес. При вхождении в лес ветер ослабляет силу. На противоположной, заветренной стороне, с удалением от леса скорость постепенно увеличивается, и, по данным Н.С. Нестерова, на расстоянии 50-кратной высоты древостоя ветер приобретает такую же силу, какую он имел перед лесом.

В отдельных случаях это расстояние увеличивается до 60-100-кратной высоты (Бордов, 1937). По исследованиям Г.Н. Высоцкого (1930), наиболее действенное умеряющее влияние леса простирается на расстояние, равное 10-20-кратной высоте леса. Последующие исследования (Матякин, 1952; Панфилов, 1935; Бяллович, 1939; Смалько, 1963) позволяют в качестве средней практической придержки для использования ее в полезащитном лесоразведении назвать 30-40-кратную высоту лесной полосы. Расстояние, на котором может проявляться защитной действие леса, зависит не только от высоты насаждения, но также от силы и скорости ветра, характера леса, его протяженности в глубину и по длине, пространственного расположения лесных полос и их структуры.

В полезащитном лесоразведении наиболее эффективными при повышенных скоростях ветра являются полосы с продуваемой и ажурной структурой, обеспечивающие наибольшую дальность ветрозащитного действия. Плотные (непродуваемые) полосы на заветренной стороне резко ослабляют скорость ветра, но лишь в непосредственной близи полосы. Плотная структура полос эффективна при защите дорог от снежных и песчаных заносов.

В вертикальном разрезе зона ветрозащитного влияния состоит из-двух слоев: верхнего с усиленным и нижнего с ослабленным турбулентным обменом. В начале 50-х годов М.И. Юдин, М.И. Будыко, Д.Л. Лайхтман установили, что лесные полосы наряду со снижение скорости ветра уменьшают и интенсивность вертикального турбулентного обмена в приземном слое воздуха (Смалько, 1963).

Лесные полосы влияют не только на ветровой режим и турбулентный обмен, но через них и в целом на микроклимат межполосного пространства. Воздействуя на движение воздуха, они определяют и отложение снегового покрова, а значит и промачиваемость почвы. Значительна роль системы полезащитных лесных полос в комплексе мероприятий по борьбе с ветровой эрозией почв во время пыльных бурь. Ветровой режим и связанный с ним перенос мелкозема зависят от ветропроницаемости лесных полос, расстояния между ними и степени шероховатости поверхности поля между полосами. С учетом этих показателей разработаны некоторые принципы расчета максимально допустимых расстояний между полезащитными лесными полосами на землях, подверженных ветровой эрозии (Долгилевич, 1978, и др.).

Ветер внутри леса. Поведение ветра в лесу зависит от породного состава и сомкнутости древостоя, его высоты и структуры. Внутри леса древостой из теневыносливых пород с их длинными и широкими кронами значительнее снижают скорость ветра, чем древостой из светолюбивых пород с их узкими и высокоприподнятыми кронами при отсутствии нижних ярусов. Данные Н.С. Нестерова (1908) показывают, что в сложном сосновом насаждении с густым дубовым подростом и подлеском из лещины на расстоянии 50-55 м от опушки ветер теряет половину своей скорости (по сравнению с открытым местом). В густом 35-38-летнем ельнике потеря скорости составляет около 90% уже на первых 30-40 м опушки. В разреженном одноярусном сосновом древостое даже в 75 м от нее скорость ветра в приземном слое воздуха понижается всего лишь на 5-6%.

В лесу сила и скорость ветра различны на разных уровнях над поверхностью почвы. Характер движения воздуха в лесу иной, чем на открытой ровной поверхности. В лесу больше выражена сила трения: верхняя часть полога представляет собой очень неровную поверхность вследствие неодинаковой высоты деревьев, различной ширины и густоты крон; несколько ниже кроны плотно смыкаются; еще ниже образуется пространство, занятое стволами деревьев и свободными промежутками; внизу расположены ярусы из подроста, подлеска и напочвенного покрова. Все это в отдельности и совокупности затрудняет и видоизменяет движение воздуха в лесу. Наиболее резко скорость ветра снижается в зоне нижних ярусов леса, у поверхности почвы, где она может снизиться до 1% скорости ветра на открытом месте.

Верхняя часть лесного полога ослабляет силу и скорость ветра в меньшей степени. Его неровная поверхность способствует образованию турбулентных движений воздуха. Так как леса по своему характеру очень различны, то показатели скорости и силы ветра в лесу на разных уровнях существенно отличаются в зависимости от конкретных условий. Ветер наиболее сильно тормозится в пределах крон, ниже наблюдается однородное движение воздуха, на поверхности почвы скорость ветра падает до 0. Изменение ветра с высотой зависит и от исходной скорости ветра. При слабом ветре его влияние проявляется только в пространстве крон, при более сильных ветрах усиление заметно и под кронами. Скорость ветра зависит также от фенологического состояния деревьев, прежде всего от облиствения: скорость ветра внутри леса заметно снижается при полном облиствении.

Таким образом, лесной полог наиболее сильно преобразует ветер. На воздушном режиме в лесу сказывается и влияние нижних ярусов леса. Некоторые особенности в ветровой режим вносят поляны и прогалины в лесу, но и здесь большое влияние оказывает характер окружающего леса: древостой с высокоподнятыми кронами и отсутствием сомкнутых ярусов внизу способствует более активному обмену воздуха между поляной и лесом, плотная же стена леса, окружающая поляну, наоборот, препятствует этому, создает опасность застоя холодного воздуха и образования утренников.

Насколько лес влияет на ветер в масштабе больших территорий, достаточно полных экспериментальных материалов немного. Однако нет оснований отрицать такое влияние. Так, еще проф. М.Е. Подтягин (1935) приводил среднюю скорость ветра для лесных районов России 3,1-3,4 м/с, для юго-восточных степных районов - 4,1 м/с, объясняя разницу тем, что неровная поверхность лесов тормозит движение ветра.

Многие стороны влияния леса на климат, в том числе на ветер и турбулентный обмен, в глобальном разрезе предстоит выяснить науке, используя открывшиеся возможности в связи с освоением космоса.