导读：苏北沿海地区在早春西瓜生产季节常遭受风灾为害，经研究该地区春季可能出现的风灾有2类，一类是偏北方向大风或寒流，为本地主要为害风向，多在4月前发生；一类是南风或西南风，多在5月后发生，发生相对较少。发现大棚选址不正确和棚型结构不合理也是因风致灾重要原因，依据大棚风灾致灾规律并针对本地生产特点提出应变对策。
风灾是沿海地区塑料大棚生产中经常发生的严重灾害，一旦发生轻则伤害瓜苗，不得不重新花工费力重新搭建大棚，重则毁棚死苗甚至绝收，损失惨重。以江苏东台为例，据估计，近10年西瓜因风灾导致的损失约在1 333.3 hm2以上，直接经济损失在1 500万元以上，间接损失达数亿元。由于大风是突发性天气，出现的次数不是特别多，且极不均匀，风力不大的年份，可能无影响，所以初入行的瓜农在建棚时忽视了不良气候的影响，即使老瓜农也是遇到风灾后，才意识到气候条件对建棚的影响。为此， 从物理农业角度，依据气象学原理，分析沿海地区的成灾大风方向、风力规律，研究合理设计大棚，提高大棚抗风能力，寻求大棚西瓜防灾减灾途径很有必要。
1 地理位置与气候特点
本地区东濒黄海西襟湖荡，气候受海洋影响较大。从气象学角度分析，苏北沿海春季是冬夏过渡季节，受海洋性气候尤其是东北地面高低压系统交替影响， 冬春季沿海大风多由北方强冷空气引发，并具有一定的间断性、持续性、突发性和阵性，容易交替出现偏北、偏南大风，但也有偏东海风及冰雹等强对流天气，其影响范围多局限在沿海滩涂30～50 km范围内，风力最大一般不超过4级；春季大风主要成因如下。
①春季偏北大风的成因及环流背景 主要是形成于北冰洋的冷空气寒潮侵袭，集中于3、4月，经西西伯利亚冷空气团南侵，大致有3条路线。第一条是西路。这是影响中国时间最早、次数最多的一条路线，强冷空气自北极出发，经西伯利亚西部南下，进入中国新疆，然后沿河西走廊，侵入华北、中原，直到华南甚至西南地区。第二条是中路。强冷空气从西伯利亚的贝加尔湖和蒙古人民共和国（以下简称蒙古）一带，经过中国的内蒙古自治区，进入华北直到东南沿海地区。第三条是东路。冷空气从西伯利亚东北部南下，有时经过中国东北，有时经过日本海、朝鲜半岛，侵入中国东部沿海一带，从这条路线南下的寒潮主力偏东，势力一般都不是很强，次数也不算多，其分为3大类。
a.小槽发展型，实质是通过不稳定小槽、小脊发展，把从大西洋到东西伯利亚的大倒“Ω”流型演变为东亚倒“Ω”流型的过程，引导新地岛以西冷空气南下，取西北路径经西伯利亚、蒙古入侵中国。
b.低槽东移型，欧洲小槽东移过程中，有来自北方的新鲜冷空气并入，使小槽发展，导致寒潮过程。低槽东移型寒潮要注意两股冷空氣的合并。
c.横槽（转竖）型，东亚倒“Ω”流型建立时，极涡向西伸出一个东—西走向槽，槽前后是偏北风（340°～20°）与偏西风（300°～250°）的切变。4～5月受南北高低槽交替影响，尤其是冷空气东移气旋影响，常出现6～8级及以上大风。
②春季偏南大风的成因 我国东部大陆春季暖空气日趋活跃，促使高低压系统的发展、地面气压梯度的加大，加上东北地形的狭管效应，在苏北沿海容易产生偏南大风。按高压环流分型主要天气形势可归纳为以下3种。
a.槽脊移动型。500 hPa高空，亚洲有较大的槽脊，在低槽前有较明显的辐散气流，促使低槽加深，且以每天20～30个经度的速度向东移动。江苏北部沿海处在槽前暖脊或暖平流十分明显的形势下。地面上，有低槽自乌拉尔山东移到贝加尔湖以后，暖区内新生低压移入东北地区。此时，大陆高压已向东南方向移动入海，形成南高北低的气压形势，出现偏南大风。
b.平直西风型。500 hPa高空，乌拉尔山以东、55°N以南环流比较平直、峰区位于40°～45°N一带，在峰区上不断有小槽自西向东移动， 江苏北部沿海处在高空槽前暖平流控制下，地面上大陆高压自蒙古经河套于长江口一带入海，呈东北和西南走向。贝蒙气旋接连东移，与海上高压构成南高北低的气压形势，产生连续几日的西南大风。
c.低槽后生低型。500 hPa东亚为大槽控制，乌拉尔山为较稳定的高压脊，脊前多呈明显的辐散气流，低槽沿脊前西北气流迅速向东南方向滑下进入东北区，但槽后没有高压脊出现。地面上，江苏北部沿海处在深厚的大低气压槽后部，贝加尔湖或蒙古地区有副气旋或低槽发展，向偏东方向移动并入东北大低压中，形成西南大风。
2 苏北春季大棚风灾特点及大棚风灾成灾机理
2.1 苏北春季大棚风灾特点
调查结果表明，苏北春季大棚风灾主要特点有3个。
①发生时间相对集中 东台及沿海地区大棚西瓜生产季节前期2～4月以东北风即寒潮为主，大棚受风灾也以2～4月为多，平均年发生2～3起，约占全年发生几率的55%，但近期5月出现率有所上升，达33%左右，可能与此时大棚管理不当有关。其大风高强度年最大风速（高于平均值1.5 倍标准差）的重现期，一般每3～5年一遇；其中北风出现几率较高，在80%左右，东南风出现几率在10%左右；且4～6月多南风，其间海陆或阵风因受局部地形，虽只出现平均4级左右偏北或偏南风，但是在高楼林立或河湾地方，“狭管效应”将风力“放大”，形成7～8级甚至以上“穿堂（巷）风”气旋造成风灾。
②发生地域相对集中 有高大建筑群的城郊发生几率高于空旷远郊；主要河流沿线高于其他区域；沿海虽有成年林地带，但高层建筑物密集地区比空旷地区平均风速要明显偏小，但也容易形成狭长气旋风洞管道；由于沿海农田林网结构、树种及配置不一，地域河流走向及地势有差异，其防风树木有效防护距离不等，因风成灾的几率也有差异。
③棚架物理学结构对因风成灾影响较大 研究表明，钢架大棚受灾损失明显少于竹架大棚，棚宽小于6 m的受灾损失明显少于棚宽大于6 m的大棚；安装有卡槽的受灾损失明显少于不用的大棚，长宽比值大、周径长的大棚，地面固定部分也多，受灾好于长宽比值小、周径短的大棚，如五烈镇一园艺场，2013年因纵向拉杆突出棚室外，13个大棚棚膜受风灾影响而完全撕裂；因棚区处于输水河道和小高层楼群间，且未安装压膜卡槽，东台城郊一园艺场连续2年遇风灾，其中2015年同一群大棚先后3次受灾。
2.2 大棚风灾成灾机理
据研究，本地棚外有6级风，即风速达14.5 m/s，就有可能受灾，7级风成灾可能达67%，出现8级大风，即风速≥20 m/s，苏北沿海地区大棚有灾率近 80%，主要造成大棚棚架倒塌；当极大风速≥26 m/s，大棚西瓜 100%受灾。
由于苏北沿海地区西瓜大棚多为宽5～6 m的钢架或竹架大棚，且棚间距一般在30 cm左右，棚表面受风面积较大，当较大的风刮过棚面时，棚面上部空气压力较低，棚内空气压力大于棚外，形成自下而上的“举力”，鼓起棚面，而棚面上的压膜线对塑料棚面形成压力，风不停地吹，且时强时弱，“举力”和“压力”对棚膜形成一鼓一压的双向作用，多次往复，使棚面薄膜不断地起落摔打， 其中裙膜与顶膜结合部（极有可能重叠不严）、棚北面顶端与地面交界处（压土不严）、棚膜与棚结合部重叠过小（少于50 cm）、棚膜如有破洞则率先被突破，直至鼓破薄膜，拉倒棚架，破坏内部塑料中小棚，将瓜苗茎蔓撕断，导致作物受害。
棚内作物因风成灾的机理：由于塑料棚内的人工小气候环境存在于棚外大气候环境之中，故棚外大气候要素的变化，必然引发棚内小气候要素的变化，而风力在这方面起关键作用；因风使大棚覆盖严密度彻底破坏，必然影响到棚内的温度、湿度等各气象要素的量值和日变化，以至在风揭棚后，棚内作物受冻、失水、叶茎蔓及根系机械组织受伤甚至折断，最终造成严重减产或绝产。
3 苏北沿海地区大棚西瓜防风技术思考
①优化大棚西瓜生产区域布局 就东台及沿海地区而言，尽管本地区一马平川，但由于民居建筑物及防护林网建设水平不同，加之近几年东台及附近沿海风力发电场的建设，其各区域大棚西瓜发生风灾几率发生一定分化，有的地方发生几率较高，如东台城郊近10年共发生4起，有的地方相对安全。
一是要参照上海大棚气象防风做法，编制好防风区划。即争取科技立项，借助科学仪器和多点多年测试资料，通过测试、模型推演及技术论证，尽快编制发布东台地区大棚风灾风险区划图。引导瓜农选择在风灾发生几率相对较小的远郊和绿化较好的基本农田区域种植大棚西瓜。
二是要更新编制大棚西瓜生产技术规范。补充充实大棚生产技术标准，指导瓜农选择恰当棚址，规范其生产区域选择，除地势高燥、平坦、土质好、交通便利、水源充足、南边附近无高大建筑物外，注意避开风口地带，如河道旁、自然地势形成的风口地带等。
三是要结合科技入户普及科学防风技术，指导瓜农选择正确的大棚方位，即大棚区的北面尤其是东北面附近最好有高大的屏障如树林、楼房，也可以建在村庄的西南边附近，利用這些天然屏障降低风速，可有效保护棚体；尽量减少大棚的迎风面积，可将传统的南北向或东西向大棚，改为东北—西南走向，以减小大风对棚膜的压力。
②大力加强农田绿化林网建设，建设好区域防风带 重点打造沿海滩涂防风林，和骨干公路、河道沿线500 m范围内防风林，补实农村现有绿化林网，支持建设好生态友好型大棚西瓜生产示范园区，科学支持建设好公益性绿化林园。
③推广应用标准钢架大棚等先进设施栽培技术 一是选用合适的大棚材料。即以钢架取代竹架，以镀锌不锈钢管取代普通钢管，以标准钢架大棚取代自建钢竹混用等不规则钢架大棚。
二是优化大棚结构。最好实施大规模统一布局，建设标准大棚园地，科学安排大棚走向、棚间距、棚间走道及防风墙；要避免瓜粮夹作，避免建无斜撑无纵向拉杆的简易棚、软棚（横向拉杆稀少，不用卡槽或无压膜线）、长棚（即棚长在100 m以上）；按国家标准钢架大棚要求设计安装大棚棚体，选择流线型棚面，其稳定性好，压杆（压膜线）易压牢，棚面薄膜不易破损；带肩大棚棚面弧度小，抗风能力差，其防风工作一定要加强；大棚高度，一般控制在 1.8～2.0 m，大棚弧度以 15°～20°为宜，过大，如呈半圆形，迎风面大易遭风害，过小，影响膜的透光率和无滴膜水滴的下滑。尤其是装全两侧压膜卡槽，并进行抗雪压测试，有条件的优先选用连栋大棚。
三是利用三角形稳定原理，在大棚骨架与骨架、骨架与地面之间增设临时或永久的拉线、支柱或骨架材料；采用耐低温、耐老化、抗力强、耐候性好的长寿无滴膜，以增强抗撕扯能力，提高大棚的抗风能力；大棚生产结束后，要将薄膜洗干净、晾干、卷好，放在通风、干燥避光的地方，可延缓老化，延长使用寿命；在薄膜收藏期间，要严防曝晒、烟熏、火烤，旧薄膜的张力太小，大风一吹易扯烂，建议不要用作天膜，但可用作小拱棚膜。
④加强科学管理，综合提升防范风灾能力 一是做好4件事。即首先检查修补棚膜，及时检查棚膜，用棚膜黏合剂、专用黏合胶带或透明胶带及时修补棚膜破损部位，防止强风吹入棚内撕坏棚膜和造成温度降低。其次加固或增加压膜线。将压膜线南端固定在地锚上，北端绑上石块或沙袋坠在北墙外，随时调节压膜线的松紧，必要时应增加压膜线。其三关闭风口。将草帘放下盖住2～3 m即可，不能全部放下，应呈半放下状。其四加设防风膜。在大棚后坡处再设一块与棚膜同长、约1.5 m宽的薄膜，以东西方向设置在大棚顶部，然后把这块棚膜的一边（宽约20 cm）用土盖严、压实；放下草苫或保温被，覆盖防寒膜后，再用这块薄膜把防寒膜盖上，就能防止北风吹入防寒膜内，避免将其鼓破，防风效果很好。
二是采取特别措施。第一，针对特殊地段多设置压膜绳或改用扁平压膜带和地锚。如大棚附近存在较高的物体，如房屋、树木、土坡、风力发电机组等，大风会因这些物体的阻挡而形成气旋或乱流，特别是这些物体在大棚正南方向时，回旋的气流被阻挡后下降，通过大棚南侧缝隙将会有较多的进出口进入棚内，造成棚内气压不一致，可能会将棚膜鼓破，因而对附近有高大物体等特殊地段的大棚，未用压膜卡槽的应加装卡槽；同时增加压膜绳的数量或改用扁平压膜带和地锚，把拱棚出入口封堵严密，阻止气流进入；第二加强对特殊大棚迎风面的护理。带肩型大棚的北端为受风侵袭的主要部位，应进一步固定薄膜，可用竹竿或细绳箍着，紧贴立柱， 也可在棚北头东边再护 1 层旧薄膜（裙膜）， 或在棚头封闭1层草帘、渔网或遮阳网以保护风口薄膜。经常刮大风的地方， 可在迎风面设立简易风障，以减轻风害。此外，杜绝在棚北头开门，以免大风灌入扯膜毁棚，加重护膜负担。第三加装防风网膜。可采用压膜塑料网（最好用铅丝），长度视大棚拱形架长度而定，在棚架上铺上薄膜后，再压上防风网，用钥匙环把每个防风网连接成整体，最后用铁桩将上下网固定。
⑤主动提升警备，积极精准救灾减灾 首先及时收看天气预报，根据预报风力采取合理的应对措施，这是预防大风为害的基础。一般风力在5级以上就必须考虑做好大棚的防风工作。要求管理人员做到3个“不放风”，即天气不正常可能出险尽量不放风，大风天气白天尽量不放风，大棚抢险人手不足尽量不放风；如果棚内气温过高需要放风时，可小心放顶风，但顶部放风口不能开大，并要固定好放风口，放风20～30 min即可；一旦大棚进风，则应迅速打开下风口排风，然后再封闭上风口，以避免造成过大损失。
其次对于定植在大棚内的小苗，缓苗前实施完全封闭不通风；醒棵后晴暖天气要进行必要的抗寒锻炼，如在温暖天气加大放风量，适当早放风、晚闭通风口等，增强大棚西瓜抗寒性，在冷空气来临前，叶面喷洒磷酸二氢钾液，以增加植株的抗寒性。
其三，一旦发生风灾迅速采取应变措施。即事先准备好备用棚膜等物资和抢险人员，在大风来临之前，及时检查棚室并修复棚膜破洞和实施6个“突击加固”，即更新加固拉杆、压膜绳及地锚，加固棚门斜撑及挡风风障，加固迎风面棚膜与裙膜结合部，加固大棚迎风面裙膜与地面结合部，加固大棚迎风面封门膜与顶端压土结合部，并及时关闭通风窗口。对于已遭受风灾的西瓜大棚，一是抢补膜、换膜、加固棚膜。毁坏严重的旧棚膜要全部换成新膜，新棚膜出现的裂口或缺口要进行缝补或粘贴，保证棚膜的密闭性；检修并恢复倾斜或折断的拱杆、支架，更新恢复原有压膜绳及地锚和挡风屏障。二是加强田间管理。对于遭灾严重的地块，可考虑毁茬改种其他的作物；对于遭灾较轻的瓜田，扶苗培土，适当提高棚室内温度，喷施磷酸二氢钾等叶面肥，促进瓜苗快速恢复生长。