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.
crops left to dry in the wind with the appearance of hedgerows
A windbreak (shelterbelt) is a planting usually made up of one or more rows of trees or shrubs planted in such a manner as to provide shelter from the wind and to protect soil from erosion. They are commonly planted in hedgerows around the edges of fields on farms. If designed properly, windbreaks around a home can reduce the cost of heating and cooling and save energy. Windbreaks are also planted to help keep snow from drifting onto roadways or yards. Farmers sometimes use windbreaks to keep snow drifts on farm land that will provide water when the snow melts in the spring. Other benefits include contributing to a microclimate around crops (with slightly less drying and chilling at night), providing habitat for wildlife, and, in some regions, providing wood if the trees are harvested. Windbreaks and intercropping can be combined in a farming practice referred to as alleycropping, or being deployed along riparian buffer stripes. Fields are planted in rows of different crops surrounded by rows of trees. These trees provide fruit, wood, or protect the crops from the wind. Alley cropping has been particularly successful in India, Africa, and Brazil, where coffee growers have combined farming and forestry. A further use for a shelterbelt is to screen a farm from a main road or motorway. This improves the farm landscape by reducing the visual incursion of the motorway, mitigating noise from the traffic and providing a safe barrier between farm animals and the road. Fences called "windbreaks" are also used. Normally made from cotton, nylon, canvas, and recycled sails, windbreaks tend to have three or more panels held in place with poles that slide into pockets sewn into the panel. The poles are then hammered into the ground and a windbreak is formed. Windbreaks or "wind fences" are used to reduce wind speeds over erodible areas such as open fields, industrial stockpiles, and dusty industrial operations. As erosion is proportional to wind speed cubed, a reduction of wind speed of 1/2 (for example) will reduce erosion by 87.5%. Sheltered, windless areas created by windbreaks are called wind shadows. Windbreaks can mitigate the effects of pesticide drift.
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.