台风、风暴潮、风沙等是沿海地区主要的自然灾害，沿海防护林的抗风沙能力，是防御海岸带自然灾害、改善生态环境的重要体现。国外众多沿海地区均很重视防护林带的建设，尤其是营造防风固沙林来满足农业发展的需要；国内也进行了沿海防护林防风固沙功能的大量研究。叶功富等试验表明，木麻黄防护林可抵抗季风对作物的侵害，林带背风面5倍树高处的风速平均减退65.7%，15倍树高处减弱44.7%。康立新等从区域性防风效应、蒸发效应和温湿效应方面进行了研究，结果表明沿海防护林体系可以明显降低区域内的风速，其降低值占相应月平均风速值的14%~18%；对苏北沿海林网1H高度上防风效应值的实际计算表明：林网冬季使风力减弱15.5%，夏季使风力减弱42.3%，林网的防风效能为15%~45%，风力越大，被林网削弱的程度也就越大。
（一）沿海防护林区域内的风速变化规律
沿海防护林的主要作用是降低风速，导致林带背风面和迎风面一定范围内小气候的改变。了解防护林带庇护下风速的动态变化，不仅可以直观地测定沿海防护林的防风效应，对沿海防护林带的合理配置、规划设计等均有重要的指导作用。为此，福建省林科院在东山县沿海木麻黄基干林带布设12条测线，定时测定不同树高范围内不同测点的风速变化状况，表7-1为4条正常生长的林带前后不同距离的风速平均测定值。
表7-1 基干林带不同树高倍数处的风速水平分布（单位：%）
测定时间
测线
空旷地（m/s）
风速变化（%）
带前
带内
带后1H
5H
10H
20H
带后平均
1998年3月
7
7.7
70.1
22.1
19.5
31.2
36.4
48.1
33.8
9
7.8
55.1
25.6
20.5
23.1
28.2
44.9
29.5
10
6.7
74.6
28.4
14.
22.4
25.4
31.3
23.9
11
5.3
77.4
43.4
18.9
24.5
28.3
30.2
26.4
平均
6.9
69.3
29.9
18.5
25.3
29.6
38.6
28.4
1999年3月
7
10.8
73.1
18.5
15.7
32.4
36.1
40.7
31.2
9
9.5
53.7
16.8
13.7
21.1
28.4
50.5
28.4
10
8.8
84.1
17.0
13.6
30.7
27.3
31.8
25.9
11
7.1
84.5
36.6
22.5
38.0
32.4
38.0
32.7
平均
9.1
73.9
22.2
16.4
30.6
31.1
40.3
29.6
从表7-1看出，当低层气流行进中遇到基干林带时，由于受到林带的阻挡作用，一部分从林带的间隙通过，另一部分气流被迫抬升从林带上方越过，故在林带前测得风力已减弱26.1%~30.7%。穿过林带的气流受到树干、树枝碰撞磨损作用，以及摇曳枝条对机械能的耗损，林带内的风速大大减弱，降低70.1%~77.8%。林带上方的气流抬升改变了林带后动能的空间分布，使得低层空气动能减小，加上气流穿过林带时空气的黏性作用消耗部分动能，使之变成无规则的乱流能量和热量，使林带后1H处的风速减弱值达到最大，风速降低81.5%~83.6%。在林带背风面1H距离以后，由于抬升气流在背风面产生较大的垂直风速梯度，随着空气的乱流交换，上层空气的动能不断下传，并与穿透林带的气流汇合，风速又逐渐提高，5H处风速为空旷区的25.3%~30.6%，10H处为29.6%~31.1%，20H处增至38.6%~40.3%，但未达到林带前的速度。林带后被削弱的气流速度随着远离林带，将逐步恢复到旷野值。
图7-1 木麻黄基干林带前后的风速变化曲线
从图7-1可知，当低层气流吹袭至基干林带时，在防护林带的作用下带内形成一个弱风区，风速平均下降74.0%，这对改善森林生态系统内地层小气候、土壤气候等十分有利。风速曲线呈下凹式分布，在背风面树高1~10倍范围内风速显著降低，风速减弱68.9%~83.6%，至树高20倍处风速又渐有提高。由此可计算出上述范围内，不同林带树高距离处风速减弱的相关曲线方程：V%=7.26+5.48H-0.19H2。
（二）海岸基干林带保护区内的飞沙移动规律
在主害风（东北风）的吹袭作用下，海岸流动沙地沙粒从北向南移动，沿海地区的农田、房屋过去经常被沙埋，河川和道路被沙堵塞，飞沙危害给人民生产生活造成很大困扰。随着海岸防护林的建成，大规模的飞沙危害已大为减少。木麻黄防护林之所以具有防止飞沙的效能，是因为森林能够削弱风速，从而抑制飞沙发生，特别是海岸防护林具有捕捉从沙丘飞起的飞沙的能力。
1.海岸地带沙粒移动与风力速度的关系
海岸防护林对飞沙具有以下三个方面的作用：一是防止飞沙的作用，由于海岸防护林的营造，增加了沙地生态系统中近地面的粗糙度，使风速降至临界摩擦风速或起沙风速以内，防止飞沙的发生；二是阻止风沙的作用，一旦飞沙发生而侵入林内，林木会把飞沙阻止在林带前沿部分，阻止飞沙进一步向前移动；三是抑制飞沙的作用，由于林地植被和枯枝落叶的存在，不仅能覆盖固定的沙面，而且使沙粒的含水量增加，抑制飞沙的发生。海岸沙粒之间存在着一种剪断应力，如果风力超过了沙粒之间的剪断应力，沙粒便顺着风向移动。沙粒的粗度或径级不同，则起沙风力及沙粒的移动速度就有差别。
表7-2 风口地沙粒分级、含量与起沙风力的关系
粒级大小（mm）
沙粒名称
东山风口
惠安风口
起沙风力等级
风速范围（m/s）
含量（%）
含量（%）
＞2.0
贝壳类
0.11
0.13
10
24.5～28.4
2～1
极粗沙
4.75
3.16
9
20.8～24.4
1～0.5
粗沙
6.55
9.25
8
17.2～20.7
0.5～0.25
中沙
19.58
16.25
7
13.9～17.1
0.25～0.1
细沙
50.30
54.37
6
10.8～13.8
＜0.1
极细沙
18.71
16.49
5
8.0～10.7
沙粒移动的极限风速，与沙地表面的干湿条件也有较大的关系。从表7-3可看出，表面干燥的沙地，地面2m高处的风速达到10.8m/s时，沙地中细沙便开始移动。在阵雨之后沙地表面略湿的情况下，平均风速达到12.3~13.7m/s时，发现细沙移动。而在弱雨时，由于沙地表面潮湿，飞沙的始动风速为15.6~18.1m/s。因此，滨海沙质海岸飞沙的移动，与沙粒的粗度和湿度关系密切，但主要还是取决于风速的变化。当害风的速度超过一定限度，即便是潮湿沙地上的粗沙也会移动。
表7-3 不同湿度条件下飞沙的始动风速（单位：m/s）
天气状况
沙粒干燥度
不同径级沙粒的始动风速
极细沙
细沙
中沙
强雨中
极湿
16.5
18.1
21.7
弱雨中
多湿
13.4
15.6
18.9
降雨之后
较湿
11.2
13.7
16.4
降雨之后
略湿
10.9
12.5
15.2
未降雨
干燥
8.0
10.8
13.9
根据沙粒径级与起沙风力的观测数据，结合前人的研究结果，得出干燥沙粒的始动风速（V）经验公式：
2.木麻黄林带保护区内的飞沙量变化规律
当低层气流的速度超过起沙风力时，将引起海岸沙粒的运动，据观测90%的沙粒垂直分布集中在高度30cm范围内，其中3/4呈跳跃式移动，1/4沿沙面滚动。飞沙量与起沙风速成正比，同时沙粒的移动量与沙地粒级平均直径的分布有关，沙粒直径分布范围越广，飞沙量则呈递增的趋向。海岸沙地沙粒平均直径的分布规律是：从潮水线朝内陆方向，均匀分布的沙粒越多，平均粒径越小，从内陆往海岸方向则沙粒平均直径越大、沙粒分布范围越广。
有关滨海地带飞沙量及其时空分布的长期观测数据极少。为了摸清木麻黄海岸林带前后飞沙的数量及空间分布规律，福建省林科院对东山县海岸基干林带前后的风速和堆沙量展开观测研究。基干林带树高平均5.1m，枝下高1.0m，株行距为1.5m×1.5m，林带宽度约10m，长度为30m。基干林带迎风面的飞沙在林带前约4倍树高处（20m）开始堆积，随着与林带的距离越近，堆积的高度越大。沙堆的高度为10~50cm，在迎风面2~3倍树高处沙堆积成4°~5°的缓坡，在林带附近沙堆呈15°~20°倾斜堆积。在基干林带内风速急骤降低，林内没有发生堆沙现象。基干林带背风面飞沙的分布模式呈不规则环心状，沙堆堆积成5°~8°的缓坡，以背风面1~2倍树高处堆沙量最大，达到80cm。随着林带背风面的距离加大，堆沙量逐渐减小，至林带后6倍树高处仍有少量飞沙堆积。此后，由于风速逐渐恢复，则看不到堆沙现象。该基干林带固定风沙的效能，林带前后相加，大致在树高10倍范围内。林带后2个月的堆沙总量约为8900
。由于飞沙量多少与风速大小成正比，所以要减少飞沙量，首先要设法降低风速。要减轻飞沙的危害，必须营造以木麻黄为主的沿海防护林，通过林带的合理配置，降低风速和减少沙粒的移动距离，改善滨海地区的生态环境。
（三）沿海防护林的防风效能与林带结构的关系
沿海防护林带防风效应的大小与风向、风速和大气层结构等气象条件，以及沙地表面粗糙度、地形起伏状况等地体因子有关，特别是与林带结构的关系十分紧密。林带的结构主要指林带内透风孔隙的大小、数量和分布状况，它制约着林木本身的生长发育和林分防护效能的发挥。影响木麻黄林带结构的因子包括造林密度、林带宽度、枝下高和冠幅等，林带结构状况不同其防护效能往往差别很大。为了发挥木麻黄林带的最大防护效能，需要确定一个最佳的防护林带结构。
1.木麻黄不同结构林带的防风效应
木麻黄不同结构林带的透光孔隙大小和分布状况存在差异，从而影响到林带的防风特性。表7-4为在福建东山沿海不同结构的基干林带中布设10条测线，测得的林带前后风速的变化动态。从中可以看出，紧密结构林带枝叶密集，纵剖面上透光孔隙较小，中等风力遇到林带时，进入林带的气流较少，大部分气流由林带上部绕行，林带前的风速较高（79.2%），林带内风速则较低，平均为空旷区的26.9%。在林带背风面由于抬升气流很快降落，风速呈增大的趋势，实际防护距离较短。透风结构林带下层枝叶较稀少，纵断面有栅栏状的大透光孔隙，众多气流从林带下层穿过，林带前风速较低（为66.3%），而林内风速则较高，平均风速为46.2%，直到5H处降为最低，但仍达34.3%。随后下穿气流与林带上层绕行的气流合并，风速又逐渐恢复。木麻黄透风结构林带的防护效能较弱，对这种过分稀疏的基干林带必须及时加以改造。
表7-4 不同结构类型林带的风速变化规律（单位：%）
结构类型
测线
空旷地（m/s）
风速变化（%）
带前
带内
带后1H
5H
10H
20H
带后平均
紧密结构
1
5.7
78.9
24.6
21.1
24.6
29.8
42.1
29.8
3
6.9
79.7
46.4
37.8
30.3
33.2
37.5
36.9
5
8.1
79.0
18.5
17.3
25.9
33.3
48.1
31.2
平均
6.9
79.2
29.8
25.4
26.9
32.1
42.6
32.6
疏透结构
33.8
7
7.7
70.1
22.1
19.5
31.2
36.4
48.1
9
7.8
55.1
25.6
20.5
23.1
28.2
44.9
29.5
10
6.7
74.6
28.4
14.9
22.4
25.4
33.1
23.9
11
5.3
77.4
43.4
18.9
24.5
28.3
30.2
26.4
平均
6.9
69.3
29.9
18.5
25.3
29.6
38.6
38.4
通风结构
22.3
4
9.4
44.7
27.7
17.0
16.0
25.5
29.8
8
6.7
82.1
85.1
58.2
62.7
61.2
62.7
61.2
12
5.4
72.2
25.9
37.0
24.1
35.2
48.1
37.0
平均
7.2
66.3
46.2
37.4
34.3
40.6
46.9
40.2
疏透结构林带的透光孔隙在纵断面上均匀分布，低层气流遇到林带后较均衡地分成两部分：一部分如同从筛网中筛过一样，在背风面林缘形成许多小旋涡；另一部分气流从林冠上层绕过，在背风面林缘附近形成一个较强的静风区或弱风区，在1H处风速达到最低值，仅为8.5%。而后风速虽有增加，但风力增加的幅度不大。因此疏透结构的林带防护距离较大防护效能较强。在木麻黄防护林经营中，应采取合理的育林措施调节林带结构，使之尽量形成疏透结构的林带类型，从而起到削弱风速、固定飞沙的良好效果，提高防护林的综合抗灾性能。
2.木麻黄林带防风效应与透风系数的关系分析
表7-5为海岸带不同结构基干林带的林木生长量和多点测得的透风系数的平均值。从中可得知，10条测线的木麻黄基干林带，如果防护林的结构特征基本相同，则林带的透风系数也大体相似。紧密结构林带的透风系数在0.33～0.39，疏透结构林带的透风系数为0.49～0.57，通风结构林带的透风系数在0.67～0.73。基干林带的结构类型不同，则防护林的透风系数差异较大，与单位面积立木株数、林带枝下高和冠幅大小有关。紧密结构林带的透风系数较小，平均值为0.36，而通风结构林带的透风系数较大（平均值达0.70），唯有疏透结构林带的透风系数较为适中，平均值为0.53。
由表7-5还可看出，木麻黄基干林带的透风系数随林带密度增大呈逐渐减小的趋势，并随林带枝下高的增加而增大。这表明林带密度、枝下高大小与木麻黄防护林的透风系数之间关系十分密切。在木麻黄防护林培育过程中，要重视林带密度的配置，注重采用合理的营林措施调整防护林带的密度和枝下高，以确保防护林形成适宜的林带结构，充分发挥林带的防风固沙等效益。
从基干林带的防护效能来看，木麻黄林带的透风系数与防风效能之间存在良好的对应关系。紧密结构林带的密度偏高、枝下高偏小，防护林的透风系数小，背风面1～20H范围风速平均下降67.4%；通风结构林带的密度较稀、枝下高偏大，防护林的透风系数大，背风面1～20H范围内风速平均减弱59.8%；疏透结构林带的透风系数适中，防风效能较高，背风面1～20H范围内风速平均降低71.6%。林带结构类型相同则透风系数接近，木麻黄林的防风效能也相差不大。
表7-5 木麻黄不同结构类型林带的透风系数（林龄36年）
结构类型
测线
密度（株/
）
树高（m）
胸径（cm）
冠幅（m）
枝下高（m）
带后风速（%）
透风系数
紧密结构
1
1845
4.3
9.1
2.3
1.6
29.8
0.36
3
1755
6.3
11.0
2.5
3.6
36.9
0.39
5
2505
7.1
7.2
2.4
1.2
31.2
0.33
平均
2035
5.9
9.1
2.4
2.1
32.6
0.36
疏透结构
7
870
14.4
17.6
3.3
3.3
33.8
0.53
9
825
15.8
19.4
3.5
3.1
29.5
0.52
10
825
16.0
19.1
3.3
3.9
23.9
0.57
11
900
16.6
19.5
3.3
2.5
26.4
0.49
平均
855
15.7
18.9
3.4
3.2
28.4
0.53
通风结构
4
525
8.2
14.8
3.5
3.1
22.3
0.67
8
600
14.7
19.0
4.2
4.4
61.2
0.73
12
375
14.6
31.1
5.2
2.8
37.0
0.69
平均
500
12.5
21.6
4.3
3.4
40.2
0.70
3.滨海沙地木麻黄林防护效能的定量评价
沿海木麻黄防护林的结构决定着林带防风效能的发挥。据观测，影响林带结构的因子主要有树高、胸径、冠幅、林分密度、枝下高、林带宽度等。海岸地貌类型的差异，会造成林分生境上的不同，从而影响林分的生长状况、结构特征和防风效能。基干林带的防风效能用多次测定的10倍、20倍树高处降低风速的平均值与空旷地平均风速之比值表示，比值越大，说明防风效能越高。以基干林带的防风效能为因变量，树高、胸径、冠幅、林分密度、枝下高、林带宽度和地貌类型7个项目作为自变量，每个项目分为2~3个类目，引入示性函数（即0~1化数量方法），得到木麻黄基干林带防风效能反映表（表7-6）。通过计算得到木麻黄基干林带防风效能的预测方程为：
预测方程的复相关系数R=0.9825，经F检验表明（F=55.637**，F0.05=2.46，F0.01=3.59）所选择的各说明变量对基干林带防风效能的影响达极显著水平。为了说明各个变量对基准变量影响的显著性，进行偏相关系数的显著性检验，结果表明各变量因子对基干林带防风效能的贡献大小依次为：胸径＞冠幅＞树高＞林带前地貌＞林分密度＞枝下高＞林带宽度。其中胸径、冠幅和树高与防风效能的相关达极显著水平，林带前地貌和林分密度与防风效能的相关达显著水平，而枝下高和林带宽度对基干林带防风效能的影响很小。胸径、冠幅、树高是影响林分结构的3大主要因子，而地貌类型的差异，会造成林分生境的不同，如林带前方有小沙丘阻挡，在林带前沿形成弱风区，土壤为潮积细沙土或泥炭土，立地质量较好，有利于促进林分生长和林分结构的维持，而林带前方为开阔海岸，海风直接作用于林带，形成强风区，土壤为潮积沙土或风积沙土，立地质量较差，不利于林分生长和结构的维持，因此地貌类型是通过对林分生长的影响而间接影响林带结构的，但调查发现这种影响作用是显著的。林分密度影响着林带的通透性，是影响基干林带防风效能的又一因子。在林带宽度较窄时，枝下高和林带宽度是决定通透性的重要因子，林带宽度的增加，实际上是增加了林带纵切面上的林木个体密度，但是当林带宽度增加到一定程度，林木个体在林带纵切面上紧密排列，这时再增加林带宽度对林带的通透性就不会有显著地影响了。本研究的林带宽度均在40m以上，宽度较大，当进一步增大林带的宽度时对防风效能就没有显著地影响了，枝下高也就显得并不重要了。据此，在营建和划分基干林带的保护范围时，基干林带的宽度不应小于40m。
为了清楚地表达各个项目中所有类目的得分值，把预测方程变换为表7-7，即为数量化基干林带防风效能得分表。
表7-7 木麻黄基干林带数量化防风效能得分表
项目
类目
得分值
偏相关系数
数值范围
林带前地貌X5
林带前方有小沙丘阻挡
0.064
0.615
0.088
林带前沿为宽阔海岸
-0.024
树高（m）
＜10
-0.059
0.628
0.111
10~15
0.015
＞15
0.052
胸径（cm）
＜10
-0.125
0.889
0.237
10~15
-0.056
＞15
0.112
枝下高（m）X6
＜2.5
-0.049
0.419
0.419
2.5~3.5
-0.002
＞3.5
0.021
冠幅（m）X3
＜2.0
0.157
0.827
0.269
2.0~3.0
-0.027
＞3.0
-0.112
林分密度（株/）X7
＜750
0.049
0.582
0.073
750~1500
-0.016
＞1500
-0.023
林带宽度（m）X4
≥70
-0.006
0.137
0.014
＜70
0.008
复相关系数
0.9825
常数项
0.495
沿海木麻黄防护林基干林带的结构决定着它的防风效能，通过调查基干林带结构因子和它所处立地的地貌类型，运用数量化防风效能得分表，则可以预测基干林带的防风效能。
为了评价沿海木麻黄防护林基干林带的防风效能，在基干林带数量化防风效能得分表的基础上，编制了基干林带防风效能评价表（表7-8）。该表的编制是将数量化防风效能得分表中各类目得分值代数和的极差（最大代数和减最小代数和）5等分，将最大代数和与常数项（0.442）之和逐渐降低，组合为6个数值范围，即6个基干林带类型，并将6个类型的防风效能分别评定为优、良、中、差、很差和极差。
表7-8 木麻黄基干林带数量化防风效能评价
防护林类型
各类目得分总值
防护效能评价
Ⅰ
0.786~0.958
优 Best
Ⅱ
0.614~0.785
良 Better
Ⅲ
0.441~0.613
中 Good
Ⅳ
0.269~0.440
差 Bad
Ⅴ
0.097~0.268
很差 Worse
Ⅵ
<0.096
极差 Worest
结合实践经验和数量化防风效能评价表，福建省林业科学研究院认为一代木麻黄防护林基干林带的得分值小于0.441，即得分值落入差、很差和极差的范围内时，林分的生长已经停止，而且在风的危害下，出现枯梢、断枝现象，林带防风效能低下，这种基干林带即为低效防风林带，应及时进行更新改造，如本次调查的第1~9，11条样线所在的林带（表7-9）。另外，运用数量化防风效能评价表，可帮助确定基干林带的防护成熟期。张水松等提出了木麻黄的成熟期概念，是指林分防护成熟初期到防护成熟末期的这段时间，即防护林进入防护成熟所能持续的时间。通过对基干林带结构因子的调查，预测林带的防风效能，当防风效能预测值大于0.613，即防风效能开始落入良级水平时，福建省林科院认为林带进入防护成熟初期，随着林分的生长，基干林带的结构日趋完善，防风效能会逐渐增强，达到数量成熟时进入防风效能盛期，即效能值落入优级水平，之后，随着林分生长的停止，林带的防风效能反而会逐渐减弱，当效能值＜0.613，即开始落入中级水平时，为林带的防护成熟末期。对进入防护成熟末期的基干林带应采取措施及时进行更新。对22个测定标准地所在基干林带防风效能的评价表明，从第1到第16条测线所在林带的防风效能较低，为中到差级的水平，已进入更新期。
表7-9 数量化防风效能得分表的应用
标准地号
总得分值
评价
实测防风效能
1
0.366
差
0.35
2
0.366
差
0.33
3
0.310
差
0.31
4
0.326
差
0.36
5
0.297
差
0.30
6
0.334
差
0.30
7
0.323
差
0.32
8
0.366
差
0.38
9
0.440
差
0.44
10
0.420
中
0.42
11
0.373
差
0.41
12
0.562
中
0.56
13
0.585
中
0.59
14
0.551
中
0.57
15
0.551
中
0.48
16
0.551
中
0.60
17
0.625
良
0.63
22
0.710
良
0.65
18
0.710
良
0.74
19
0.710
良
0.73
20
0.775
良
0.78
21
0.630
良
0.63
李国旗等于江苏省东台林场，对杨树、水杉、刺槐和泡桐4个沿海防护林树种在遭受1997年11号台风灾害后的情况进行跟踪观测，主要的测定项目有受损树种特征、树种的受损类型、林分状况及其立地环境，比较了树干风压应力的大小和分布，评价防护林树种的抗台风性能。不同树种遭受台风袭击后的受损情况是明显不同的，杨树的受害症状绝大多数表现折断，杨树顶折占87%；水杉中折占80％，而顶折和倒伏各分别占16%和4%，刺槐5种受损类型都有，以中折和倒伏居多；泡桐则全部为倒伏。
（一）沿海防护林的树木应力高度分布
11号台风在东台的最大风速为14m/s，风压61.25 kg·f/
，进而算出弯曲应力（表7-10）。由表中可见：杨树和水杉的受力情况相似，都有两个受力点。杨树受力点的枝下高处（2.34m）最大，达到30.97mPa，胸径处（1.9m）次之，为25.53mPa；水杉的最大受力点在中折处（1.65m），应力为9.36mPa，其次为顶折处（2.98m），为7.6mPa。刺槐和泡桐类似，只有一个受力点。刺槐的最大受力点在胸径处（1.3m），应力为4.95mPa，中折处（4.07m）次之，为4.84mPa，虽这两个点相距较远，但应力却差别不大；泡桐的最大受力点在中折处（1.9m），为4.58mPa，在胸径处和枝下高处的应力相差也不大，可以说，泡桐树全株的应力分布比较均匀。
表7-10 不同高度下树木所受的弯曲应力
林分
基径处
胸径处
中折处
枝下高处
定径处
高度（m）
压力（mPa）
高度（m）
压力（mPa）
高度（m）
压力（mPa）
高度（m）
压力（mPa）
高度（m）
压力（mPa）
杨树
0.05
16.72
1.30
25.53
1.90
24.12
2.34
30.97
5.34
18.01
水杉
0.05
6.32
1.30
8.37
1.65
9.36
2.88
7.12
2.98
7.76
刺槐
0.05
3.08
1.30
4.95
4.07
4.84
5.67
3.34
6.50
2.47
泡桐
0.05
2.01
1.30
3.88
1.90
4.58
4.16
3.28
4.80
3.17
（二）不同风压下沿海防护林树种的应力分布
据测算，台风中心的风速可达32m/s以上。根据风压计算公式，将不同的风速换算成相应的风压。然后以树高为x轴，风压为y轴，弯曲应力为z轴，作三维曲面图。在不同风速11m/s、14m/s、17m/s、20m/s、23m/s、26m/s、29m/s、32m/s下，所对应的风压分别为37.85Pa、61.25Pa、90.41Pa、125.12Pa、165.43Pa、211.42Pa、262.99Pa、320.17 Pa。
杨树和水杉的应力分布随着树高的增加，总的趋势是增大，但不是随着树高的增加而一直增大。在杨树和水杉的树干上有2个明显的受力点（图7-2）。在37.85 Pa的风压下，杨树在基径处、胸径处、中折处、枝下高处和顶折处的应力分别为：10.3mPa、15.8mPa、14.9mPa、19.1mPa和11.1mPa，水杉在这5个部位的应力分别为：3.9mPa、5.2mPa、5.8mPa、4.5mPa和4.8mPa，前者分别是后者的2.64、3.05、2.58、4.35和2.32倍。杨树的2个受力点差别明显，而水杉的2个受力点差别不大。杨树和水杉的应力分布随着风压的增加而呈现直线上升趋势，这无论在树干的哪一个部位都一样。当风压从37.85 Pa增加到320.17 Pa，增加8.46倍，杨树和水杉在5个部位的应力也相应增加8.46倍。
图7-2 不同风压下树木的应力分布
A：杨树 B：水杉 C：刺槐 D ：泡桐
刺槐和泡桐都只有一个受力点，反映在图上，就是都只有一个峰（图7-2）。在37.85 Pa的风压下，刺槐在基径处、胸径处、中折处、枝下高处和顶折处的应力分别为：1.9mPa、3.1mPa、3.0mPa、2.1mPa和 1.5mPa，泡桐在这 5个部位的应力分别为：1.2mPa、2.4mPa、2.8mPa、2.0mPa和2.0mPa．虽然这两种树的应力相差不大，但泡桐的应力分布比较均匀。无论在树干的哪一个部位，刺槐和泡桐应力分布都随着风压的增加而呈现直线上升趋势，当风压增加8.46倍，从37.85 Pa达到320.17 Pa，刺槐和泡桐在5个部位的应力也都增加相应的倍数。
（三）沿海防护林不同树种的御风特性
沿海防护林树木的应力首先与其树冠大小有关。无论在哪个部位，都是杨树所受的应力最大，因为在4种树中杨树的冠幅最大，分别是水杉、刺槐和泡桐的4.8、4.2、2.2倍。另据研究，干形比大者易遭风倒（郭宝章等，1993），而4种树中杨树的干形比最大，为96.4，水杉、刺槐和泡桐的干形比分别为75.9、60.2和45.2，这个比值也和4种树的应力大小的变化相符合，比如在基径处，杨树、水杉、刺槐和泡桐的应力分别为：16.72mPa、6.32mPa、3.084mPa和2.01mPa。尽管杨树所受的应力远远大于水杉，但其受损率和水杉较为相近，都接近 11%，说明杨树的抗风力优于水杉。而抗风力最差的当属泡桐，因为它受到的应力最小，却全部倒伏，一方面是由于它的受力分布比较均匀，另一方面可能与其较高的冠宽/冠高比有关。刺槐的应力分布比较均匀，表现在受害症状上，则为5种受损类型都有。
从观测结果来看，树冠形状是造成台风树木的受损程度的最主要的因子，但树木的受损程度还与树木本身的特征（硬度和韧性、根系的深浅等）也有很大的关系，此外，还与树木所处的生态环境（如土壤类型、地下水位的高低、林带的宽度等）有关。这些因子对树木受损程度的影响，有待于以后更深入的研究。从光能利用和树木生长的角度，带状造林比较适宜，但在海岸带地区，由于台风的影响，带状造林增大了遭受台风损失的风险，因此在带状造林和块式造林之间寻找平衡点是很有必要的，也是值得研究的。调查中发现，东台林场的带状林农种植区，幼龄杨树普遍倾斜15°，有的甚至达到30°。
另据日本的调查表明，灾后针叶林受损最为严重，而针阔叶混交林的受害程度较低（许景伟、李传荣，2009）。因此，造林时必须注意树种搭配的多样化以及龄级的合理配置，且选择抗风性较强的树种，并采取适当措施，促进林木的根系生长，以达到降低风害程度的目的。
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