Введение

Ряды деревьев или кустарников, посаженные для защиты от ветра, а также посевы, оставленные сушиться на ветру, образующие подобие живых изгородей. Ветрозащитная полоса (укрытие) – это посадка, обычно состоящая из одного или нескольких рядов деревьев или кустарников, высаженных таким образом, чтобы защищать от ветра и предотвращать эрозию почвы. Их часто высаживают в виде живых изгородей по краям полей на фермах. При правильном проектировании ветрозащитные полосы вокруг дома могут снизить затраты на отопление и охлаждение, а также сэкономить энергию. Ветрозащитные полосы также используются для предотвращения заносов снега на дороги или дворы. Фермеры иногда используют их, чтобы удерживать снежные заносы на пахотных землях, которые затем весной, при таянии снега, обеспечат водой посевы. Другие преимущества включают создание микроклимата вокруг сельскохозяйственных культур (с несколько меньшим высыханием и охлаждением ночью), обеспечение среды обитания для диких животных и, в некоторых регионах, получение древесины при вырубке деревьев. Ветрозащитные полосы и совместные посадки могут быть объединены в сельскохозяйственной практике, известной как аллейное земледелие, или размещены вдоль прибрежных защитных полос. Поля высаживаются рядами различных культур, окруженных рядами деревьев. Эти деревья обеспечивают плоды, древесину или защищают посевы от ветра. Аллейное земледелие особенно успешно в Индии, Африке и Бразилии, где производители кофе сочетают земледелие и лесоводство. Ветрозащитная полоса также может служить для маскировки фермы от главной дороги или автомагистрали. Это улучшает ландшафт фермы, уменьшая визуальное воздействие автомагистрали, снижая уровень шума от транспорта и создавая безопасный барьер между сельскохозяйственными животными и дорогой. Также используются ограждения, называемые ветрозащитными экранами. Обычно они изготавливаются из хлопка, нейлона, брезента и переработанных парусов, и состоят из трех или более панелей, удерживаемых стойками, которые вставляются в карманы, пришитые к панелям. Стойки затем забиваются в землю, образуя ветрозащитный экран. Ветрозащитные экраны или "ветровые заборы" используются для снижения скорости ветра над подверженными эрозии участками, такими как открытые поля, промышленные склады и пыльные промышленные объекты. Поскольку эрозия пропорциональна кубу скорости ветра, снижение скорости ветра вдвое (например) уменьшит эрозию на 87,5%. Защищенные от ветра участки, создаваемые ветрозащитными полосами, называются ветровыми тенями. Ветрозащитные полосы могут снизить последствия сноса пестицидов.

Аэродинамика ветрового сопротивления

Когда ветер встречает пористое препятствие, такое как ветрозащитная полоса или лесополоса, давление воздуха увеличивается с наветренной стороны и уменьшается с подветренной. В результате воздушный поток, приближающийся к барьеру, прерывается, и его часть обтекает барьер, формируя струю с более высокой скоростью ветра. Оставшаяся часть воздушного потока проходит сквозь барьер к его краю по направлению ветра, подгоняемая снижением давления по ширине лесополосы; когда поток вновь выходит на открытое пространство, он также прерывается, поскольку его давление приспосабливается к окружающему воздуху. Это приводит к снижению скорости ветра на большем расстоянии по направлению ветра, достигая минимума на расстоянии примерно в 3–5 раз превышающем высоту ветрозащитной полосы. За этой точкой скорость ветра восстанавливается, чему способствует более быстрый поток, обтекающий барьер сверху. С точки зрения уравнений Рейнольдса, усредненных уравнений Навье-Стокса, эти эффекты можно объяснить как результат потери импульса, вызванной сопротивлением листьев и ветвей, и будут представлены силой тела fi (распределенный поглотитель импульса). Ветрозащитные полосы уменьшают среднюю скорость ветра и делают его менее изменчивым, что приводит к менее эффективному перемешиванию воздуха по сравнению с наветренной стороной. Кроме того, все эти изменения в поведении ветра приводят к изменениям в окружающей среде. Например, может измениться поверхностный энергетический баланс земли, поскольку замедленный ветер менее эффективно рассеивает тепло, полученное от солнца; эта тенденция может измениться по направлению ветра, и примерно в 8 раз превышающем высоту ветрозащитной полосы, она может привести к снижению температуры поверхности.

Организации по борьбе с ветром

Инициатива «Великие Равнины – Лесозащитные Полосы» была американской программой по созданию лесозащитных полос на прериях США в период пыльных бурь 1930-х годов. Администрация по реабилитации ферм прерий в Индиан-Хед, Саскачеван, Канада, почти 100 лет предоставляла субсидии на саженцы фермерам прерий с целью сокращения эрозии почвы и повышения качества жизни в регионе.