В лесу у земли часто почти не чувствуется ветер, хотя кроны заметно качаются, потому что скорость воздуха меняется с высотой. Над верхушками поток открыт и может быть сильнее, а стволы, ветви и листья создают сопротивление и отнимают у него часть импульса. Кроны реагируют на движение воздуха первыми, тогда как под пологом леса ветер ослабляется и становится порывистым.
Ветер не одинаков на всех высотах
У поверхности земли воздух тормозят неровности, здания, кустарники и другие препятствия. Чем выше от поверхности, тем меньше прямое влияние этих препятствий и обычно тем быстрее поток. В лесу появляется ещё один заметный слой препятствий – кроны. Поэтому нельзя считать, что показание ветра на метеостанции над открытым полем описывает то, что происходит между лесными стволами.
Ветер над пологом дерева встречает листья и ветви. Они передают часть энергии растительности и турбулентным вихрям. Внутри кроны профиль скорости усложняется: поток замедляется там, где ветвей и листьев особенно много, а на некоторых уровнях может снова усиливаться. Исследования лесных потоков описывают характерный профиль, зависящий от высоты и плотности кроны, а не одно равномерное торможение от верхушки до земли.
На уровне человека стволы и кустарники разбивают поток на вихри. Поэтому в одном месте может быть тихо, а в нескольких метрах ощущаться короткий порыв. Лес защищает от постоянного ветра, но не становится полностью неподвижным: воздух проходит между деревьями и меняет направление.
Почему качаются именно верхушки
Высокая крона выступает в более открытый поток. Верхние ветви получают прямую нагрузку ветра, а гибкие стволы передают колебание вниз. У дерева есть упругость: после порыва ветви отклоняются, затем возвращаются и могут качнуться ещё раз. Амплитуда зависит от формы кроны, длины ветвей, листьев, влажности и того, насколько порыв совпадает с естественными колебаниями дерева.
Снизу движение бывает почти незаметным, потому что ветер ослаблен и стволы закрывают линию обзора. Но верхушки хорошо видны на фоне неба, поэтому даже небольшое раскачивание кажется сильным. Листья также реагируют на слабое движение воздуха, которого человек у земли не ощущает кожей.
Ветер может быть порывистым. Порыв достигает кроны, но к моменту, когда вихрь проходит через сложную структуру ветвей, его скорость и направление меняются. Из-за этого внизу не всегда возникает синхронное движение всех деревьев. Кроны могут качаться вместе, а нижняя растительность остаётся относительно спокойной.
Что делает листва и густота леса
Летом густая листва создаёт большую площадь сопротивления. Воздуху труднее проходить через крону, и под ней часто спокойнее. Зимой лиственные деревья теряют листья, поэтому сопротивление меняется, хотя ветви и стволы продолжают тормозить поток. Хвойные породы сохраняют иглы круглый год и по-другому взаимодействуют с ветром.
В плотном молодом лесу и старом высокоствольном лесу поток распределяется неодинаково. Значение имеют расстояния между деревьями, высота кроны, подлесок, опушки и просеки. Ветер, проходящий над пологом, может усиливаться у края или создавать нисходящие и боковые вихри. Поэтому на лесной опушке иногда ощущается более сильный порыв, чем глубже между стволами.
Если внутри леса есть широкая просека, дорога или водоём, поток получает пространство для разгона и может вести себя иначе. Рельеф тоже важен: склон, долина и гребень направляют воздух. Простая формула «лес всегда укрывает от ветра» не учитывает эти локальные условия.
Почему лес всё-таки не защищает от любой бури
При сильном ветре кроны могут ломаться, а деревья – падать. Подлесок и соседние деревья обеспечивают некоторое укрытие в обычных условиях, но не делают лес безопасным во время шторма. Упавшие ветви и сухостой представляют отдельную опасность, особенно на опушках, вдоль троп и под крупными деревьями.
Растительность поглощает часть энергии потока, однако воздействие зависит от порывов и насыщенности почвы водой. У дерева с повреждёнными корнями меньше устойчивость, а размокшая земля хуже удерживает его. Поэтому тихое ощущение внизу может измениться быстро, если усиливается буря или возникают нисходящие порывы.
В статье «Почему ветер меняет направление в течение дня?» разобраны перемены воздушного потока, а материал «Почему ветер между домами становится сильнее?» показывает роль препятствий. Кроны и стволы тоже меняют движение воздуха, но формируют сложный профиль внутри леса.
Как заметить движение воздуха у земли
Даже если щёки не чувствуют ветер, его можно увидеть по траве, лёгким листьям или тонким веткам. Дым, пыльца и пушинки показывают направление потока, но их движение зависит от формы и веса частиц. Термальные вихри тоже могут поднимать лёгкие объекты вверх, поэтому одно наблюдение не всегда равно измерению скорости ветра.
Анемометр в лесу покажет локальную скорость только в конкретной точке и на заданной высоте. Чтобы понять весь вертикальный профиль, нужны измерения на разных уровнях и повторные наблюдения при разных погодных условиях. Именно поэтому научные исследования лесного ветра используют мачты и датчики внутри и над пологом.
Короткий ответ
Верхушки качаются, потому что находятся в более сильном и открытом потоке над лесом. Листья, ветви, стволы и подлесок тормозят воздух и разбивают его на мелкие вихри, поэтому у земли ветер обычно слабее и менее ровный. Высота, плотность кроны, сезон, рельеф и порывы меняют картину, так что лес может укрывать от обычного ветра, но не от сильной бури.
Роль опушки и просек
Особенно заметные изменения возникают на границе леса. Поток воздуха, идущий над кронами, встречает резкий переход между открытой местностью и шероховатой поверхностью деревьев. У самой опушки могут образовываться турбулентные зоны, где порывы направлены вниз или в сторону. Поэтому первый ряд деревьев и поляна рядом иногда ощущаются ветренее, чем защищённое место глубже в лесу.
Просека действует похоже на коридор: она направляет воздух, и при определённой ориентации ветер вдоль неё ощущается сильнее. Но узкая просека может и создавать вихри за рядами деревьев. Направление относительно общего ветра, рельеф и ширина пространства меняют эффект, поэтому одна и та же просека не всегда работает как «труба».
Почему в глубине леса бывает прохладнее
Тень от крон ограничивает прямой солнечный нагрев почвы и воздуха у поверхности. Испарение воды листьями и влажной землёй может дополнительно охлаждать окружение. Слабый ветер делает пребывание в лесу более спокойным, но иногда уменьшает перемешивание воздуха у земли. Эти процессы связаны, однако температура и скорость ветра – разные величины. Материал «Интересные факты о лесе» описывает другие изменения среды под пологом деревьев.
Для сравнения, воздушный поток может ускоряться и в городе, если его направляют плотные здания. Этот эффект описан в статье «Почему ветер между домами становится сильнее?». В лесу препятствия живые и пористые, поэтому они гасят поток иначе.
