森林立地学会誌 森林立地 52(2),2010,57〜66
Jpn.J.For.Environment 52 (2), 57-66 2010
Wind profiles and
mechanical resistance of uprooted trees in a Japanese cypress (Chamaecyparis
obtuse) plantation
slightly damaged by
Typhoon Melor 0918
at Kamiatago Experimental
Forest, Tenryu, Japan:
Validity of mechanistic models for wind
damage risks
Kenji Kitagawa1, Kana Kamimura2,
Satoshi Saito2, Takanori Uchida3
and Hiromi Mizunaga1
1Faculty of
Agriculture, Shizuoka University
2Forestry
and Forest Products Research Institute
3Research
Institute for Applied Mechanics, Kyushu University
In 2009, Typhoon Melor (0918) uprooted trees in a 67-year-old
Japanese cypress plantation in the Kamiatago Experimental Forest of Shizuoka
University, Tenryu, Japan. Before the typhoon, we had installed anemometers in
the forest and conducted tree-pulling trials to construct a model to evaluate
the wind damage risk. The unpredictable disturbance event of Typhoon Melor
enabled to us to 1) clarify the attributes of trees that show high wind damage
risk from both observational and mechanistic aspects, 2) document wind profiles
under strong winds that cause uprooting, and 3) discuss the validity of
previous models for wind damage risk by comparing them to events that occurred
during the typhoon. The proportion of crown size to diameter at breast height
was a significant factor for predicting tree damage, but stem taper and tree
size were not significant factors. When the wind velocity at 30 m height
exceeded approx. 7 ms-1, there
were drastic changes in the vertical wind profile, including an increase in the
gradient of wind velocity just above the canopy. For damaged trees, the
critical wind speeds calculated using the GALES models were almost three times
the maximum mean wind speed observed during the disaster term. The most
significant problem in using the models lay in the large discrepancy between
the model and actual observations with respect to the pattern of vertical wind
profiles in strong wind conditions. These results suggest that it is not valid
to use aerodynamic parameters of classical logarithm law in wind damage risk
models. However, in terms of tree attributes, the vulnerability of trees
predicted by the model was consistent with the observed vulnerability. These
results show that the model has some validity in evaluating damage risk based
on tree attributes.
Key words：wind
profiles, mechanical resistance, Typhoon Melor 0918, critical wind speed
喜多川権士，上村佳奈，齊藤哲，内田孝紀，水永博己：台風0918号により天竜・上阿多古演習林ヒノキ林で発生した風害被害木近傍の風速垂直プロファイルと力学耐性：風害リスク評価力学モデルの妥当性．森林立地 52：57-66, 2010.
台風0918号は静岡大学上阿多古演習林内の67年生ヒノキ林に，根返りの風害を引き起こした。この林では風害発生以前に，風害リスク評価モデルの構築を目的として風速計の設置と立木引き倒し試験を行っていた。台風0918号による風害イベントにより，１）風害リスクの高い個体の樹木属性を観察とメカニズムモデルの両面から明らかにすること，２）風害を引き起こした実際の風況を記録すること，３）既存の風害リスク評価モデルの妥当性の検証，が可能になった。樹冠面積と胸高直径の比は個体耐風性を示す重要な指標として認められたが，形状比，幹サイズ因子は個体レベルの風害リスクには関係なかった。林冠のすぐ上で風速勾配の著しい増加がみられるなど，風速プロファイルの大きな変化が上空風速（林冠上10mの位置）が7ms-1を超えた時に起きた。GALESを利用して計算した風害被害木の限界風速は，実測最大平均風速の約３倍だった。強風時の風速垂直プロファイルとモデルで仮定した風速プロファイルには大きな乖離があった。これらの結果は，強風時において風害リスク評価モデルに既存の対数則を適用することの問題点を指摘している。しかしながらモデルによって評価された個体の脆弱性は，観察によって明らかになった被害木の属性の傾向と一致した。これらの結果は，GALESの妥当性が樹木属性における相対的風害リスクの評価に留まることを示している。
キーワード：風速垂直プロファイル，力学耐性，台風0918号，限界風速