潘勇軍，陳步峰，黃金彪，肖以華，裴男才，史 欣

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

南沙沿海防護(hù)林對(duì)“韋森特”臺(tái)風(fēng)的防護(hù)效應(yīng)

潘勇軍，陳步峰，黃金彪，肖以華，裴男才，史 欣

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

臺(tái)風(fēng)是影響我國(guó)沿海及內(nèi)陸地區(qū)重要的天氣系統(tǒng)，為了探索、了解沿海防護(hù)林對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)風(fēng)過(guò)程的湍流特性的影響及其防風(fēng)效應(yīng)，本研究利用設(shè)置在南沙沿海防護(hù)林臨海邊和相距70 m的林內(nèi)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)觀測(cè)了2012年的1208號(hào)“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)程中氣象因子的時(shí)程變化，重點(diǎn)分析了“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)程強(qiáng)風(fēng)時(shí)段的平均風(fēng)速和風(fēng)向特征。研究發(fā)現(xiàn)“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)程的風(fēng)速時(shí)程曲線出現(xiàn)兩次極值風(fēng)速，呈M型變化，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)向角出現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)換；南沙沿海防護(hù)林對(duì)“韋森特”臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速減弱系數(shù)為0.58，對(duì)整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程的風(fēng)速減弱系數(shù)為0.7，林內(nèi)和海邊的平均湍流強(qiáng)度比值為1∶2.25，南沙沿海防護(hù)林對(duì)“韋森特”臺(tái)風(fēng)的防風(fēng)效應(yīng)明顯。

臺(tái)風(fēng)；韋森特臺(tái)風(fēng)；沿海防護(hù)林；防風(fēng)效應(yīng)；中國(guó)南沙群島沿海

熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）是我國(guó)重要高影響天氣系統(tǒng)之一的自然干擾因子[1]，影響時(shí)間短但破壞力巨大，具有強(qiáng)大的風(fēng)力，帶來(lái)急劇增加的降水[2-25]，我國(guó)每年遭受臺(tái)風(fēng)造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大[1-4]。對(duì)臺(tái)風(fēng)的研究歷來(lái)是氣象學(xué)家所關(guān)注的重要課題，陳聯(lián)壽等指出近地狀況在一定條件下會(huì)改變熱帶氣旋的局部結(jié)構(gòu)而使其強(qiáng)度變化[5]，研究了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)風(fēng)時(shí)段的氣流湍流特性[6-9]。

沿海防護(hù)林作為綠色屏障，是沿海區(qū)域生態(tài)安全的第一道防線，對(duì)登陸的臺(tái)風(fēng)起到摩擦消耗風(fēng)能，降低風(fēng)速、防止風(fēng)剝等作用，其防災(zāi)減災(zāi)的綜合效能為沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)繁榮和社會(huì)穩(wěn)定提供重要支撐。臺(tái)風(fēng)對(duì)沿海防護(hù)林群落造成機(jī)械損傷，影響其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物化學(xué)循環(huán)過(guò)程，臺(tái)風(fēng)對(duì)森林群落的影響已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。2008年Austral Ecology刊發(fā)了臺(tái)風(fēng)對(duì)澳大利亞森林影響的論文專集[10]。我國(guó)研究人員對(duì)有關(guān)臺(tái)風(fēng)對(duì)森林的影響做了很深的研究，從臺(tái)風(fēng)影響下的臺(tái)風(fēng)暴雨再分配規(guī)律[11-12]、森林群落機(jī)械損傷[12]、水文功能規(guī)律[13]、凋落物特征[14]、土壤流失量[15]和群落特征[2]等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)沿海防護(hù)林防風(fēng)效應(yīng)的評(píng)價(jià)一直是研究重點(diǎn)，研究多側(cè)重于經(jīng)營(yíng)管理，結(jié)構(gòu)和功能研究[16-18]，陳玉軍等（2000）對(duì)臺(tái)風(fēng)對(duì)廣東深圳紅樹林的損害、預(yù)防及抗風(fēng)樹種的選擇提出了有益的建議，為進(jìn)行林帶優(yōu)化配置提供參考[16-18]。但對(duì)沿海防護(hù)林減弱臺(tái)風(fēng)影響的研究，尤其是多點(diǎn)同步實(shí)時(shí)觀測(cè)沿海防護(hù)林群落對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)環(huán)境、風(fēng)速變化的研究性工作比較少。

本研究利用設(shè)置在南沙沿海防護(hù)林臨海邊和林內(nèi)的自動(dòng)氣象站觀測(cè)系統(tǒng)成功觀測(cè)到的2012年7月24日登陸的1208號(hào)熱帶風(fēng)暴“韋森特”前后過(guò)程的氣象數(shù)據(jù)，分析整個(gè)過(guò)程中風(fēng)況和湍流特性的時(shí)程變化，對(duì)相距70 m的2個(gè)觀測(cè)站的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行比較分析，分析臺(tái)風(fēng)在近地層經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林帶后湍流特性的變化，了解沿海防護(hù)林帶對(duì)“韋森特”臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的減弱效果，對(duì)沿海防護(hù)林的防災(zāi)減災(zāi)效應(yīng)功能提供參考，對(duì)沿海防護(hù)林的結(jié)構(gòu)和功能研究有重要的意義。構(gòu)筑綠色屏障，抵御海嘯和風(fēng)暴潮危害維護(hù)沿海地區(qū)的生態(tài)安全，更好的起到沿海防護(hù)林的防災(zāi)減災(zāi)效應(yīng)[16-17]。

1 研究區(qū)自然概況

南沙沿海防護(hù)林觀測(cè)區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候[19]，臺(tái)風(fēng)影響頻繁，水熱資源優(yōu)越、雨量充沛，年均溫度22 ℃，年平均降雨量1 725.7 mm，集中在4～9月的雨季，占全年的82.1%，年均相對(duì)濕度79%。沿海防護(hù)林長(zhǎng)40 km，寬50～100 m。土壤類型為沙質(zhì)土、鹽分含量及地下水位較高。整個(gè)防護(hù)林群落的平均胸徑7.9 cm、平均高8.5 m；林下灌木平均高2.3 m、草本0.56 m，郁閉度達(dá)到0.46～0.58，地表蓋度60.0%～85.0%,形成沿海防護(hù)林群落結(jié)構(gòu)。各種結(jié)構(gòu)的防護(hù)林群落的主要種群有：落羽杉Taxodium distichum、小葉欖仁Terminalia mantaly、黃槿Hibiscus tiliaceus、高山榕Ficus altissima、細(xì)葉榕Ficus microcarpa、羊蹄甲Bauhinia blakeana、水石榕Elaeocarpus hainanensis、南洋楹Albizzia falcata、黃槐Cassia surattensis、鐵力木Mesua ferrea、大花紫薇Lagerstroemia speciosa、刺桐Erythrina variegate等12個(gè)樹種為上層木，水黃皮Pongamia pinnata、雞蛋花Plumeria rubra、夾竹桃Nerium indicum等種群為灌木層。

2 研究方法和臺(tái)風(fēng)過(guò)程

2.1 研究方法

自動(dòng)氣象站觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在南沙沿海防護(hù)林帶臨海邊（113°38'14.256"E，22°38'51.580"N，海拔5 m）和林內(nèi)（113°38'10.768"E，22°38'48.550"N，海拔3 m）兩處，相距70 m。自動(dòng)地面氣象站高2.5 m，風(fēng)速儀器型號(hào)為L(zhǎng)C-FS1，最大測(cè)量風(fēng)速60 m/s，測(cè)量精度0.1 m/s，工作溫度范圍-40～50 ℃，相對(duì)濕度范圍5%～100%.；風(fēng)向儀器型號(hào)為L(zhǎng)C-FX1，測(cè)量精度1°；數(shù)字氣壓型號(hào)為L(zhǎng)C-QA1。采樣頻率1 min，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為10 min平均數(shù)據(jù)，用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Origin 8.0進(jìn)行做圖分析。

湍流特性統(tǒng)計(jì)為30 min時(shí)間間隔。用瞬時(shí)量ui 減去平均量得到氣流的波動(dòng)量，隨時(shí)間迅速變化。用方差定義湍流強(qiáng)度。

2.2 臺(tái)風(fēng)過(guò)程

1208號(hào)熱帶氣旋“韋森特”（英語(yǔ)：Tropical Storm Vicente）于7月20日8時(shí)在菲律賓東部海域生成，21日23時(shí)在南海東北部海面上加強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴，“韋森特”在7月21日早上進(jìn)入距離香港800 km范圍，強(qiáng)烈狂風(fēng)雷暴區(qū)在廣東東部形成。7月24日04時(shí)15分在臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力13級(jí)，達(dá)到40 m·s-1，中心最低氣壓955 hPa（圖1），7月24日23時(shí)在南寧市境內(nèi)減弱為熱帶低壓，中央氣象臺(tái)25日06時(shí)解除臺(tái)風(fēng)藍(lán)色預(yù)警。 受“韋森特”影響，廣東省沿海海面出現(xiàn)了11～13級(jí)的大風(fēng)， 最大陣風(fēng)41.3 m·s-1，珠江口兩側(cè)和粵東地區(qū)出現(xiàn)了大雨到暴雨，局部大暴雨。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣壓和氣溫時(shí)程變化

圖2為2012年7月18日0時(shí)至25日7時(shí)南沙觀測(cè)點(diǎn)10 min平均氣溫和平均氣壓變化圖。熱帶氣旋在成熟期將維持一個(gè)幾乎同心圓的氣壓格局[20]，隨著“韋森特”臺(tái)風(fēng)移動(dòng)經(jīng)過(guò)觀測(cè)點(diǎn)前后，近地面大氣壓發(fā)生一系列變化。7月21日前南沙觀測(cè)點(diǎn)的氣壓維持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，氣流穩(wěn)定，氣壓在1 005 hPa左右。從7月22日早上到23日中午前后“韋森特”一直在115°E、19.5°N附近的海面回旋少動(dòng)，7月21日23時(shí)，此時(shí)南沙觀測(cè)點(diǎn)已受到“韋森特”遠(yuǎn)距離的影響，氣壓降低為1 002.8 hPa， 7月22日14時(shí)30分氣壓繼續(xù)降低至997 hPa，此時(shí)最大風(fēng)速到達(dá)14.5 m·s-1；7月24日4時(shí)15分，“韋森特”在廣東臺(tái)山市登陸，觀測(cè)點(diǎn)于3時(shí)30分監(jiān)測(cè)到最大風(fēng)速為19.4 m·s-1，氣壓降低到最低為985.2 hPa，但小于臺(tái)風(fēng)中心的氣壓955 hPa。隨著臺(tái)風(fēng)過(guò)后，氣壓慢慢升高，雨過(guò)天晴，云高氣爽。

圖1 “韋森特”臺(tái)風(fēng)路徑 （中央氣象臺(tái)2012年7月23日18時(shí)發(fā)布）為觀測(cè)點(diǎn)Fig.1 Track of tropical storm Vicente (National Meteorological Centre, 7.23.18:00 2012)

圖2 南沙氣溫和氣壓時(shí)間序列變化（2012年7月18日0時(shí)至2012年7月25日7時(shí)）Fig.2 Time series changes of mean temperature and pressure (Nansha)

從10 min平均氣溫變化圖可以看出，觀測(cè)點(diǎn)7月18日起持續(xù)高溫，最高氣溫維持在30 ℃以上，7月20日最高氣溫達(dá)35.5 ℃ 7月21日最高氣溫為36.7 ℃，7月22日氣溫開(kāi)始下降，最高增溫降至33.7 ℃。隨著“韋森特”的登陸過(guò)境，熱帶低氣壓打破了控制區(qū)域的西太平洋副熱帶高壓，帶來(lái)的大風(fēng)和降水，7月23～25日氣溫下降至30℃以下，炎熱高溫天氣結(jié)束。

3.2 平均風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)程變化

臺(tái)風(fēng)屬于中尺度大氣渦旋系統(tǒng)，由其核心、眼壁強(qiáng)風(fēng)區(qū)直至外圍環(huán)流的剖面上[13]，風(fēng)場(chǎng)的三維結(jié)構(gòu)和風(fēng)的湍流特性顯著不同，這些不同反映在平均風(fēng)速和風(fēng)向的變化上以及在較小時(shí)間和空間尺度上的湍流特性參數(shù)變化[7-23]。圖3是南沙沿海防護(hù)林林內(nèi)和海邊自動(dòng)氣象站觀測(cè)到的“韋森特”臺(tái)風(fēng)到來(lái)前后（7月18日0時(shí)～7月25日7時(shí)）10 min平均風(fēng)速時(shí)程和矢量平均風(fēng)向時(shí)程變化圖。7月21日9時(shí)前兩觀測(cè)站風(fēng)速比較平緩，差異不大，氣流穩(wěn)定。此后臨海邊觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速逐漸加大，到7月21日23時(shí)達(dá)到10.6 m·s-1（6級(jí)），林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速為4.7 m·s-1（3級(jí)），此時(shí)氣壓降低至1002.8 hPa。而后又處于弱風(fēng)，林內(nèi)風(fēng)速幾乎為0。從7月22時(shí)7時(shí)30分，海邊風(fēng)速開(kāi)始逐漸加大，第一個(gè)風(fēng)速峰值出現(xiàn)在14時(shí)40分，風(fēng)速最大值為14.5 m·s-1（7級(jí)），林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速最大值為4.5 m·s-1（3級(jí)），氣壓為997 hPa；海邊觀測(cè)點(diǎn)最大風(fēng)速峰值出現(xiàn)在7月24日2時(shí)10分，風(fēng)速最大值為19.4 m·s-1（8級(jí)），氣壓為985.2 hPa，小于臺(tái)風(fēng)中心的最大風(fēng)速40 m·s-1。林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速最大值為8.0 m·s-1（5級(jí)），時(shí)間延遲到8時(shí)左右。

圖3 南沙10分鐘平均風(fēng)速時(shí)程變化（2012年7月18日0時(shí)至25日7時(shí)）Fig.3 Time course changes of ten minutes mean wind speed in Nansha (from 0:00, 7.18, 2012 to 7:00, 7.25)

整個(gè)“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)程的風(fēng)速時(shí)程曲線出現(xiàn)兩次極值風(fēng)速的陣風(fēng)，風(fēng)速呈M型變化[24]。海邊觀測(cè)點(diǎn)大風(fēng)（風(fēng)速大于11 m·s-1、6級(jí)）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)21個(gè)小時(shí)（7月23日14時(shí)40分～7月24日11時(shí)40分）。風(fēng)速的變化和氣壓關(guān)系密切，氣壓越低，風(fēng)力越大，隨后氣壓慢慢升高，風(fēng)速隨之降低，強(qiáng)度逐漸減弱[8]。

根據(jù)臺(tái)風(fēng)特有的渦旋結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)，強(qiáng)風(fēng)風(fēng)向角出現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)換。7月21日前，海邊觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速比較穩(wěn)定，基本為東北至東南風(fēng)向之間；而后，風(fēng)速開(kāi)始逐漸加大，風(fēng)向變化迅速，7月22時(shí)7時(shí)30分海邊觀測(cè)點(diǎn)第一個(gè)風(fēng)速峰值出現(xiàn)在14時(shí)40分，風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)向，后一個(gè)極值風(fēng)速風(fēng)向轉(zhuǎn)為東偏北風(fēng)向。整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中的海邊觀測(cè)點(diǎn)大風(fēng)（風(fēng)速大于11 m·s-1）北風(fēng)向至東北風(fēng)向出現(xiàn)頻率達(dá)45%，海邊氣流紊亂，海邊風(fēng)向角轉(zhuǎn)換較大，西北風(fēng)向出現(xiàn)頻率達(dá)到24%（圖4），風(fēng)向由登陸前的336°沿逆時(shí)針風(fēng)向轉(zhuǎn)為登陸后的75°，與臺(tái)風(fēng)前的東風(fēng)主風(fēng)向變化較大。林內(nèi)矢量平均風(fēng)向變化比較穩(wěn)定，南風(fēng)和東南風(fēng)向?yàn)橹黠L(fēng)向出現(xiàn)頻率達(dá)47%。

圖4 南沙10分鐘平均風(fēng)速和風(fēng)向Fig.4 Mean wind speed and wind direction in Nansha (mean value of 10 minutes)

比較整個(gè)“韋森特”臺(tái)風(fēng)登陸前后過(guò)程中的所觀測(cè)到的沿海防護(hù)林林內(nèi)和海邊的平均風(fēng)速，林內(nèi)和海邊的風(fēng)速變化過(guò)程一致，但風(fēng)速大小差異很大（圖3）。用兩觀測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速減弱系數(shù)來(lái)表示沿海防護(hù)林的防風(fēng)效應(yīng)[17]，“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)，海邊觀測(cè)到的最大風(fēng)速達(dá)到19.4 m·s-1，林內(nèi)最大風(fēng)速為8 m·s-1，南沙沿海防護(hù)林對(duì)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速的減弱系數(shù)為0.58；整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程，林內(nèi)觀測(cè)到平均風(fēng)速為2.8 m·s-1，海邊平均風(fēng)速為9.4 m·s-1（2012年7月22日7時(shí)20分至2012年7月25日5時(shí)20分），風(fēng)速減弱系數(shù)為0.7，可見(jiàn)南沙沿海防護(hù)林對(duì)臺(tái)風(fēng)的防風(fēng)效果非常明顯。林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速主要在2～6 m·s-1之間，在沿海防護(hù)林林帶的防風(fēng)作用下，風(fēng)速隨時(shí)間的變化幅度較小，有效地減少了風(fēng)速的無(wú)規(guī)律性，這對(duì)于農(nóng)田防護(hù)有重要意義，避免農(nóng)作物出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象[17]。

用風(fēng)速觀測(cè)瞬時(shí)值半小時(shí)的方差表示湍流強(qiáng)度，反映湍流交換的強(qiáng)弱，而湍流交換的減弱是林帶防護(hù)效果的主要指標(biāo)。觀察臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林后湍流特性的變化，比較臺(tái)風(fēng)前后湍流的穩(wěn)定性。林內(nèi)和海邊水平風(fēng)向的湍流強(qiáng)度之間的相關(guān)系數(shù)為0.48，相關(guān)性較差，海邊觀測(cè)點(diǎn)與林內(nèi)水平方向的湍流強(qiáng)度隨著整個(gè)“韋森特”臺(tái)風(fēng)過(guò)程變化趨勢(shì)大致一致（圖4）。在臺(tái)風(fēng)到來(lái)前的時(shí)段（7月19～21日21時(shí)），區(qū)域海邊和林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的湍流強(qiáng)度隨時(shí)間變化緩慢，氣流均勻，兩觀測(cè)點(diǎn)平均湍流強(qiáng)度比值為1∶1。海邊水平風(fēng)向氣流較穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度變化平緩，從海邊吹來(lái)的平穩(wěn)氣流經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林群落林冠層的擾動(dòng)，林內(nèi)的渦旋氣流湍流強(qiáng)度變化紊亂（圖5）；從7月22日開(kāi)始，兩觀測(cè)點(diǎn)水平風(fēng)向的湍流強(qiáng)度加強(qiáng)，海邊觀測(cè)點(diǎn)的湍流強(qiáng)度遠(yuǎn)大于林內(nèi)，海邊觀測(cè)點(diǎn)湍流強(qiáng)度最大值達(dá)到15.9，林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)湍流強(qiáng)度最大值為2.94。兩觀測(cè)點(diǎn)的湍流強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致，平均湍流強(qiáng)度比值為1∶2.25。湍流強(qiáng)度的極值和湍流強(qiáng)度的變化特性表明臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的氣流湍流并不是完全隨機(jī)，只是準(zhǔn)隨機(jī)。

圖5 湍流強(qiáng)度時(shí)間變化序列Fig.5 Time sequences of turbulence intensity

4 結(jié)論與討論

“韋森特”是2012年登陸廣東最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，中心附近最大風(fēng)速達(dá)13級(jí)，給經(jīng)過(guò)地區(qū)帶來(lái)巨大災(zāi)害。我們通過(guò)在南沙沿海防護(hù)林臨海邊和林內(nèi)建設(shè)自動(dòng)氣象觀測(cè)站實(shí)時(shí)觀測(cè)了“韋森特”臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)前后氣溫、氣壓和風(fēng)速風(fēng)向的時(shí)程變化，比較臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林后的湍流特性的變化，了解沿海防護(hù)林對(duì)臺(tái)風(fēng)的減弱效應(yīng)。

臺(tái)風(fēng)是在太平洋上發(fā)育的強(qiáng)熱帶氣旋，近地面形成低氣壓，周圍區(qū)域形成副熱帶高壓，臺(tái)風(fēng)的臨近，區(qū)域氣壓逐漸降低，隨著臺(tái)風(fēng)的離去，氣壓恢復(fù)正常，由于觀測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)中心，氣壓高于中心區(qū)域氣壓。邊界層頂部存在逆溫，螺旋進(jìn)入強(qiáng)熱帶氣旋的邊界層空氣的特性受海氣界面感熱通量的顯著影響[20]。熱帶氣旋形成過(guò)程中內(nèi)部存在一個(gè)熱力間接環(huán)流，從周圍更寬廣的熱力直接環(huán)流中獲得動(dòng)能[21]。臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前，觀測(cè)區(qū)域氣溫一直維持在30 ℃以上，酷熱居高不下，一直等到臺(tái)風(fēng)到來(lái)后才氣溫才開(kāi)始下降。

熱帶氣旋的風(fēng)是風(fēng)暴向前運(yùn)動(dòng)以及圍繞它的氣旋性環(huán)流的疊加，氣旋規(guī)矩右側(cè)的風(fēng)速更大[21-22]。“韋森特”臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)帶來(lái)13級(jí)大風(fēng)，達(dá)到40 m·s-1；觀測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離臺(tái)風(fēng)登陸區(qū)，觀測(cè)到8級(jí)大風(fēng)，最大風(fēng)速為19.4 m·s-1。整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程，海邊觀測(cè)點(diǎn)風(fēng)速時(shí)程變化基本呈“M”型變化，強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)雙峰型分布，出現(xiàn)兩次極值的陣風(fēng)，風(fēng)速大于11 m·s-1、6級(jí)的大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)21個(gè)小時(shí)。同時(shí)風(fēng)向也出現(xiàn)了大幅度的轉(zhuǎn)換，臺(tái)風(fēng)前后主風(fēng)向的出現(xiàn)的頻率變化較大。

比較“韋森特”臺(tái)風(fēng)受到南沙沿海防護(hù)林阻擾后，其風(fēng)的湍流特性參數(shù)發(fā)生了改變。經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林后風(fēng)速明顯減少，整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中海邊和林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速減弱達(dá)到70%，海邊觀測(cè)點(diǎn)的湍流強(qiáng)度遠(yuǎn)大于林內(nèi)，平均湍流強(qiáng)度比值為1∶2.25，沿海防護(hù)林的防風(fēng)效應(yīng)效果非常明顯。臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林帶時(shí)，由于氣流與樹冠、枝葉的沖擊與摩擦作用，和森林冠層相關(guān)的拖曳力非常強(qiáng)，經(jīng)過(guò)冠層上的氣流被分離，在近地層之內(nèi)的冠層之上的區(qū)域，氣流呈現(xiàn)典型的對(duì)數(shù)風(fēng)廓線。造成水平風(fēng)中的氣流垂直切變，風(fēng)速大大降低，使動(dòng)能大大損失，形成波動(dòng)使氣流的湍流特性發(fā)生改變，湍流強(qiáng)度降低，使臺(tái)風(fēng)近地面林內(nèi)風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于林外風(fēng)速，起到良好的防風(fēng)效益。熱帶氣旋造成的損害主要集中在沿海地帶，在熱帶海洋上發(fā)展的風(fēng)猛烈地襲擊這些地區(qū)，有時(shí)還與破壞性更大的海上來(lái)的風(fēng)暴結(jié)合，為了更好預(yù)防和減輕臺(tái)風(fēng)災(zāi)害，加強(qiáng)沿海防護(hù)林的建設(shè)是勢(shì)在必行。

臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林帶后，在其后面渦旋形成小擾動(dòng)[21-22]，在遠(yuǎn)離后林帶產(chǎn)生自由切變，風(fēng)速呈連續(xù)波浪線，經(jīng)過(guò)林帶一定距離后風(fēng)速恢復(fù)，逐漸增大[17]。本研究?jī)H比較了沿海防護(hù)林臨海和林緣內(nèi)兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速和湍流強(qiáng)度的差異，對(duì)于臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)沿海防護(hù)林林冠切變時(shí)，對(duì)林冠以上風(fēng)速的特性及經(jīng)過(guò)林帶遠(yuǎn)離防護(hù)林后的風(fēng)力恢復(fù)，湍流的行為等問(wèn)題的研究有待于進(jìn)一步研究。

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Protection effects of Nansha coastal shelterbelt forests on typhoon Vicente

PAN Yong-jun, CHEN Bu-feng, HUANG Jing-biao, XIAO Yi-hua, PEI Nan-cai, SHI Xin
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

As one of the most destructive and disastrous weathers, the typhoon involving rain or strong wind exerts considerable adverse effects on people’s life and the economy. By taking the typhoon Vicente in 2012 as a case, based on the wind speed data and pressure pattern observed by two automatic meteorological stations 70 meters apart away from each other, located at the forests in Nansha coastal shelterbelt, the time history changes of meteorological factors of Vicente typhoon No.1208 in 2012 were observed by real-time, and the average wind speed and wind direction characteristics of strong wind periods of Vicente typhoon No.1208 were emphatically analyzed.The results show the wind velocity time-history curve that took on a M-type change presented extreme wind speed twice, the wind direction angle of the strong wind (10-minutes mean wind speed was higher than 11m/s) changed substantially; The maximum wind speed reduction coeff i cient of the shelterbelts to Vicente typhoon No.1208 was 0.58, the reduction coeff i cient to the whole process of the typhoon wind speed was 0.70 due to the role of shelterbelts; The ratio of mean turbulence intensity values of the typhoon was 1∶2.25.The coastal protection forests possessed an obvious windbreak effect on strong typhoon Vicente and has great meaning on the coastal ecological environment.

typhoon; Vicente typhoon; coastal shelterbelt forests; windbreak effects; China’s Nansha Islands coastal

S727.2

A

1673-923X(2014)10-0084-06

2013-09-03

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)課題：珠三角區(qū)域森林氣候水文變化特征觀測(cè)研究（生態(tài)定位站可持續(xù)科學(xué)研究項(xiàng)目）（RITFYWZX2011-07）；“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目：城鎮(zhèn)地區(qū)水岸景觀防護(hù)林構(gòu)建技術(shù)研究（2011BAD38B0305）；廣州市城市森林生態(tài)系統(tǒng)效益監(jiān)測(cè)分析與研究；廣州市“青山綠地－林區(qū)林帶” 工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)等項(xiàng)目部分研究?jī)?nèi)容

潘勇軍（1971-），男，湖南張家界人，博士，主要從事森林生態(tài)方面的研究；E-mail：pyjzsj@126.com

[本文編校：文鳳鳴]