Aerodynamic properties of windbreaks of various designs formed by thinning in central Ukraine

Abstract

Abstract In this article, we investigate the regulation of wind regime by windbreaks of different designs formed by thinning. In particular, we look at the effects of thinning in 52–67 years old oak stands. Based on our results, different windbreaks designs of foliage and aphyllous states influence wind regime of adjacent fields. This research shows that windbreaks of sieve-looking and blown designs with an average optical porosity of 20–25% between the trunks and 5–10% in the crowns have better aerodynamic properties than windbreaks of dense design. The uniformity coefficient of reduction in the airflow ranged between 0.42 and 0.76. There is a clear tendency to decrease wind velocity at a distance of 15H in the leeward side, which has a beneficial effect on agronomic productivity of the surrounding areas. With the transition of windbreaks from full foliage to aphyllous state the optical trunk porosity of plantations increases 1.8–3.0 times, and in crowns—2.5–4.0 times. The windbreaks of blown and sieve-looking designs in the aphyllous state with an average porosity between trunks of 40–50% and in the crowns of 20–30%, regulate more effectively the wind regime in comparison with windbreaks of dense design. According to our findings, the windbreaks of blown design with porosity 40–50% between the trunks and 0–10% in crowns and sieve-looking design have the best ameliorative properties in the region.У цій статті досліджено регулювання вітрового режиму полезахисними лісовими смугами різних конструкцій, сформованими рубками догляду. Дослідження проведено у полезахисних лісових смугах дуба звичайного віком 52–67 років. Результати показали, що полезахисні лісові смуги в об листяному і без листяному стані по-різному впливають на режим вітру прилеглих полів. Дослідження показали, що полезахисні лісові смуги ажурної і продувної конструкцій із середньою ажурністю 20–25% між стовбурами та 5–10% у кронах мають кращі аеродинамічні властивості, ніж лісові смуги не продувної конструкції. Коефіцієнт рівномірності зменшення вітрового потоку коливався між 0,42 і 0,76. Існує чітка тенденція до зниження швидкості вітру на відстані 15 висот на завітряній стороні, що сприятливо впливає на агрономічну продуктивність прилеглих полів. З переходом полезахисних лісових смуг із листяного у безлистяний стан ажурність між стовбурами зростає в 1,8–3,0 рази, а в кронах - у 2,5–4,0 рази. Полезахисні лісові смуги продувної і ажурної конструкції в без листяному стану стані із середньою ажурністю між стовбурами 40–50% та у кронах 20–30% ефективніше регулюють режим вітру порівняно з лісовими смугами не продувної конструкції. Згідно з нашими висновками, полезахисні лісові смуги продувної конструкції з ажурністю 40–50% між стовбурами та 0–10% у кронах та ажурної конструкції мають найкращі меліоративні властивості в регіоні.