Деревья переключаются между двумя режимами качания для выживания в шторм
Разрушительные ветра во время штормов и циклонов часто приводят к повреждению деревьев, особенно через вывал с корнем и поломку ствола. Однако реакция деревьев на ветер при различных конфигурациях леса и погодных условиях оставалась неясной.
Исследование на участках Cryptomeria japonica (японский кедр) показало, что деревья рассеивают энергию ветра, переключаясь между двумя типами раскачивания при определённых скоростях ветра. Эти данные могут помочь улучшить управление лесами для минимизации ущерба от бурь.
Исследование опубликовано в журнале Forest Ecology and Management.
По мере усиления изменения климата ожидается рост частоты сильных штормов, что делает критически важным понимание реакции лесов на ветровую нагрузку.
Команда под руководством доцента Каны Камимуры из Университета Синсю (Япония) исследовала движение деревьев при различных конфигурациях леса и погодных условиях. В ноябре 2017 года были созданы два экспериментальных участка японского кедра:
- Участок P-100: густой лес с плотностью 3000 деревьев на гектар.
- Участок P-50: прореженный лес (имитация рубок ухода) с плотностью 1500 деревьев на гектар.
В течение двух лет с помощью датчиков на стволах отслеживали раскачивание 24 деревьев на густом участке и 12 — на прореженном. Период наблюдения включал несколько тайфунов, включая тайфун «Трами» в 2018 году, который нанёс значительный ущерб прореженному участку.
Ключевые результаты
Два режима раскачивания:
- При слабом ветре: деревья раскачиваются с частотой ~2–2.3 цикла в секунду. Ветви поглощают большую часть энергии ветра, защищая ствол и корни.
- При сильном ветре: деревья переходят на медленное раскачивание с частотой 0.2–0.5 цикла в секунду. Вся масса дерева раскачивается как единое целое, передавая силу на ствол и корни, что увеличивает риск поломки или вывала.
Влияние густоты леса: Скорость ветра, при которой происходит переключение режимов, зависит от плотности леса.
- В густом лесу (P-100) переход происходил при скорости ветра 1.79–7.44 м/с.
- В прореженном лесу (P-50) переход происходил при более низких скоростях: 1.57–5.63 м/с.
Усталость корней: На примере дерева, вывернутого с корнем тайфуном «Трами» на участке P-50, учёные оценили, что его фактическая устойчивость во время шторма составила лишь 48% от ожидаемой (рассчитанной в контролируемых экспериментах с вытягиванием).
- Разница в 52%, вероятно, вызвана ослаблением корней из-за сильного ветра ещё до пика шторма («усталость корней»). Это произошло потому, что деревья на прореженном участке двигались сильнее из-за меньшей поддержки соседей и большего проникновения ветра.
Это также объясняет, почему деревья на густом участке P-100 не пострадали во время того же тайфуна.
Значение для лесного хозяйства
Исследование даёт ценную информацию для балансировки между прореживанием (которое стимулирует рост деревьев) и устойчивостью к ветру.
- Прореживание может повысить уязвимость леса к штормам, особенно вскоре после проведения процедуры.
- «С увеличением частоты штормов в меняющемся климате практика управления лесами должна адаптироваться для сохранения их устойчивости», — заключает профессор Камимура.
Эти данные помогут разработать стратегии для поддержания устойчивого лесного хозяйства и повышения способности лесов противостоять экстремальным изменениям климата.