Вплив вітру та метеорологічних чинників на дерева

Вітростійкість дерев залежить від багатьох факторів, але ключову роль відіграють складні погодні умови, їх поєднання між собою та сезон року. Важливий внесок також мають особливості ґрунту та географічна місцевість, включно з антропогенним впливом в умовах міського середовища.

Наприкінці жовтня цього року територією України прокотився потужний циклон «Armin». У його тиловій частині за рахунок високих баричних градієнтів, а також в результаті турбулентного перемішування повітря у шарі тертя відбулося різке посилення вітру до 20 – 25 м/с переважно південно-західного та західного напрямків. Внаслідок негоди по всій країні було повалено сотні дерев і тисячі великих гілок. Декілька людей загинуло і десятки отримали поранення. Особливо помітний «деревопад» відбувався в умовах міської забудови, де спостерігається значна неоднорідність підстильної поверхні. У великих містах, де розташовуються високі будівлі та їх системи, часто створюється так званий аеродинамічний ефект, який полягає у додатковому посиленні поривів вітру при звуженні простору між будинками. Крім того, дерева у міському середовищі часто виростають високими, проте мають слабо розвинену кореневу систему і крону, нерідко піддаються різним хворобам, утворюються численні нарости омели тощо. Як наслідок, навіть при поривах 18 – 23 м/с багато рослин не витримують і падають, або ламаються великі гілки та стовбури, що призводить до обривів ліній електропередач, пошкоджень автомобілів та дахів, а також людських жертв.

Стійкість дорослих і здорових дерев до вітру залежить від багатьох факторів (на рисунку 1 показані деякі з них), основними з яких є наступні:

• порода дерева;
• вологість та структура ґрунту;
• умови росту дерева;
• метеорологічні явища;
• вегетаційний період та пора року.

Рисунок 1. Основні чинники, які впливають на стійкість дерева (відповідно до ресурсу AccuWeather).

Проаналізуємо кожен із факторів і почнемо з породи дерева. У нашому помірному кліматі росте безліч видів дерев, переважна більшість з яких є листопадними. Внаслідок численних спостережень та статистичних даних можна виділити категорію дерев, найбільш стійких до впливу вітрового навантаження. Такими є: дуб, граб, в'яз, бук, платан, липа, клен цукровий, каштан, волоський горіх, пірамідальна тополя, берези (у деяких випадках). Найменш стійкими до сильних поривів вітру зазвичай вважають вербу, акацію (робінію), різні види тополь, ясен, клен ясенелистий, клен сріблястий, ялина звичайна, сосна, береза, осика, горобина, переважна більшість фруктових порід (яблуні, абрикоси тощо). Тут важливо відзначити, що мова йде лише про здорові дерева середнього віку, які ростуть у середній кліматичній смузі Європи. Світовим рекордсменом за вітростійкістю є кокосові пальми і деякі споріднені з нею види. Завдяки своїй еволюційній адаптації до особливостей тропічного клімату, де нерідко виникають урагани і тайфуни, ці рослини здатні витримувати пориви до 70 м/с і навіть більше! У них є міцна та розгалужена коренева система, надзвичайно гнучкий стовбур та компактна крона. У Північній Америці досить міцними та витривалими деревами є секвої. В умовах вітряного та суворого клімату вони легко доживають до 200 – 400 років, а іноді й більше.

Структура ґрунту, його хімічний склад і вологовміст також значно впливає на те, як міцно дерево закріпилося в субстраті своїм корінням. Як правило, на кам'янистих, гарно дренованих і твердих ґрунтах дерева більш стійкі, ніж на чорноземах, піщаних ґрунтах та в умовах болотистої місцевості. Тому на гірських схилах і пагорбах іноді можна зустріти старі дерева, яким кілька сотень років. Вони за своє життя пережили безліч штормових і навіть ураганних поривів вітру, але міцна фіксація кореневої системи дозволяє встояти під впливом такого навантаження. Найменш сприятливі умови складаються по берегах річок, озер і морів, де вода часто підмиває кореневу систему дерев, і вони втрачають стійкість навіть при досить слабкому вітру. Також низька стійкість дерев спостерігається в районах з тонким шаром родючого ґрунту та при штучно навезеному ґрунті, який часто виявляється пухким та перезволоженим. У надмірно вологому ґрунті навіть міцне і здорове дерево може втратити зчеплення із субстратом та перекинутися, особливо при добре розвиненій кроні, яка має високу «вітрильність» у штормову погоду. У таких випадках на фотографіях часто видно, що здорова коренева система може досягати діаметра кількох метрів, проте це не рятує рослину від загибелі (див. рисунок 2 для прикладу).

Рисунок 2. Величезна коренева система здорового дорослого дерева після дії сильних поривів вітру.

Важливим фактором, що впливає на стійкість дерев до сильного вітру, є умови їхнього зростання. У міській та сільській місцевості дерева зазвичай ростуть хаотично, невеликими групами, або смугами; зустрічаються у великій кількості екземпляри, що окремо стоять. У лісах, де рослини знаходяться досить щільно одна до одної, інтегральний вплив вітру нівелюється. Однак, є і зворотня сторона медалі. При сильних поривах (як правило, більше 25 м/с) спостерігається ефект доміно, коли при падінні одного дерева, воно тягне за собою й інші рослини, що стоять поряд. Тому після проходження сильних шквалів або торнадо у лісовій зоні виникають масштабні буреломи, добре помітні з висоти пташиного польоту. Навпаки, дерева, що виростають поодинці або невеликими групами при достатньому освітленні, мають більш розвинену кореневу систему і міцніші стовбури, тому витримують більший натиск вітру. Але в містах часто виникають ситуації, де коріння дерев обмежене або підрізане дорогами, тротуарами, під'їзними шляхами та фундаментами будівель. Це різко знижує стійкість рослини, навіть якщо воно є здоровим і міцним на вигляд.

Крім того, на Землі існує чимало місць із вітряним кліматом. І не просто вітряним, а з переважанням одного конкретного напряму протягом усього року. У такому разі дерева адаптуються до особливостей подібного клімату, внаслідок чого їх крона деформується за напрямом переважаючого вітру. У якості прикладу, на рисунку 3 показані рослини в одному з регіонів Нової Зеландії, де постійно дмуть сильні західні вітри. Як бачимо, крона рослин сильно викривлена під тиском повітря, але це не дає їм впасти або бути зломленими.

Рисунок 3. Деформовані дерева внаслідок сильного вітру одного напрямку у Новій Зеландії.

Останні два чинники з нашого переліку розберемо разом, оскільки вони тісно взаємопов'язані між собою. При певній швидкості вітру супутні метеорологічні явища можуть суттєво збільшувати ймовірність падіння чи зламу дерева. Коли спостерігається налипання мокрого снігу чи ожеледь, то в рази збільшується навантаження на гілки і саму крону. Наявність чи відсутність листя, суцвіть або бруньок у дерева також є критичним чинником.

З урахуванням грубого підходу, якщо знехтувати додатковими ботанічними особливостями, можна побудувати функціональну залежність ймовірності падіння дерева від супутніх метеорологічних явищ та вегетації при заданій швидкості вітру. Для візуальної наочності, на рисунку 4 показано криву, що відображає вплив вітру, швидкістю 20 м/с та інших атмосферних явищ на стійкість дерева (без уточнення його породи). Наприклад, ймовірність близько 10% (0,1) відповідає зимовому періоду, коли ґрунт мерзлий, немає листя і жодних атмосферних опадів. Максимальна ймовірність у 90 - 92% відповідає сильному налипанню мокрого снігу або ожеледі за наявності листя та м'якого ґрунту, тобто за найбільш екстремальних умовах. В описі до графіка наведені проміжні градації, які відкладені по осі "Х". Зрозуміло, що хвойні дерева мають меншу стійкість до вітру при налипанні снігу або ожеледі внаслідок особливості їх крони, а дуб може витримувати значні навантаження без особливих пошкоджень гілок і стовбура. У загальному випадку добре помітно, що навіть при небезпечній швидкості вітру (згідно з настановою по метеорологічному прогнозуванні, це вітер з поривами 15 – 24 м/с), можуть спостерігатися значні пошкодження дерев як у міській зоні, так і в лісистій місцевості. Ступінь пошкодження буде сильно залежати від вегетації рослини і додаткових метеорологічних явищ, що збільшують навантаження на дерево і його опір потоку повітря, яким воно обдувається. Якщо ж є різні грибкові захворювання, нарости омели, дупла і сухі гілки, то все це ускладнює ситуацію, що призведе до падіння дерева при меншій швидкості вітру.

Рисунок 4. Функціональна залежність між стійкістю дерева та впливом різних метеорологічних та фенологічних факторів (Автор І. Кібальчич). Пояснення по осі «Х»: 1 - відсутність листя, сухий мерзлий ґрунт, без опадів; 2 - відсутність листя, м'який вологий ґрунт, без опадів; 3 - відсутність листя, вологий ґрунт, дощ; 4 - є листя, сухий ґрунт, без опадів; 5 - відсутність листя, сирий ґрунт, невеликий мокрий сніг; 6 - є листя, вологий ґрунт, без опадів; 7 - є листя, вологий ґрунт, дощ; 8 - відсутнє листя, вологий ґрунт, сильне налипання мокрого снігу (≥ 35 мм); 9 - є листя, вологий ґрунт, сильне налипання снігу (≥ 35 мм); 10 - відсутнє листя, ожеледь ≥ 20 мм; 11 - є листя (суцвіття), вологий ґрунт, ожеледь ≥ 20 мм; 12 - є листя (суцвіття), складне відкладення мокрого снігу та ожеледі ≥ 30 мм.

Таким чином, озеленення міської та сільської місцевості має відбуватися з урахуванням кліматичних особливостей, метеорологічних факторів та ризиків, пов'язаних із небезпечними явищами погоди. Планові та грамотні заходи щодо догляду за деревами значно знижують ймовірність негативних наслідків при проходженні активних циклонів та атмосферних фронтів у будь-яку пору року.

Підготував Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, метеоролог.