风灾是严重的自然灾害之一,对农作物的生长发育和风沙影响区域环境破坏很大,近年来风影响作用频率高、灾害多、人员伤亡和财产损失巨大,沿海防护林、农田防护林等防风措施不仅可以减少风害,而且可以调整生态系统内部的风速变化,减轻或减免来自风灾的影响。因此针对不同地区因地制宜营建合理的防护林系统并充分研究防护林的防护效应是一项重要的任务,对林场和农田生态系统长远健康发展具有指导性意义。本文以山东省东营市孤岛镇军马五分场刺槐林带为主要研究对象,通过为期两年的野外实测和森林调研,针对多条刺槐林带进行多方位全面同步测量风速、风向等反映防护林防护效应的因素,对当地生态系统进行了深入勘测,初步建立了军马五分场林带周边的风速时空变化规律,为探究防护林防护效应的内在机理提供了基础,结合流体计算模块ANSYS FLUENT应用现代流体力学的原理对多条刺槐林带进行数值模拟。研究结果表明,风在穿越林带的过程中从林带前的迎风面到林带后的背风面,风速先减小后缓慢增加,但是比较例外的是接近下垫面的低空位置和树冠以上高度的位置处风速在穿过林带的过程中水平方向表现出先增大后减小的趋势,同时在刺槐林前的迎风面、林带中间和林带后的背风面都形成了不同程度的风速降低区域。林带对风速流场具有明显的削减作用,风在穿过林带过程中,林带前迎风区、林带中和林带背风区均形成不同程度的风速降低区。在垂直方向近地面和林带树冠以上位置风速受林带影响较弱,树冠和枝干高度部分对风速降低影响较强。风速降低区的位置会随着风速的变化而变化,随着风速的增加,林带的防风效果会减弱,有效防风区范围减小。窄林带具有更好的防风效应,本实验中1.2H宽度的林带比3H宽和6H宽林带的防护效果好,在林带的迎风面气流向林带移动的过程中,三条林带的情况类似。然而,林带后的背风面风速变化较大,1.2H宽度的林带和两条相对较宽的林带相比,风速产生回流的值较小,有效防护距离更大,这正是防护林防护效果的关键所在。对于本研究样地而言,刺槐防护林不仅能有效减轻台风、寒潮等自然灾害的影响,而且能有效保护林场种植业和旅游娱乐业的发展。在本研究中,风速经过各林带后确实减弱,但如果林带间距较长,风速将恢复到原来的水平。从风速流场等值线变化图可以看出,除林带阻隔作用减弱外,大部分气流动能通过林带提升,导致上部气流受到挤压,风速相应增加。刺槐林带的有效防护距离为21H,风速达到最大防护距离后5H左右的范围处,也就是两条林带间距约为26H,能够取得较好防护效果。可以通过改变树林的间距、疏密程度从而达到降低风速,减少强风对农田生态系统和沿海防护林生态系统的危害。合理设计防护林结构,可以为农田提供较大的风速削减面积(即有效保护范围),对农业生产的保护具有重要意义。