杨树防护林带三维结构模型及其参数求解

表面积密度和体积密度的空间函数是表征防护林带三维空气动力学结构的两个重要指标, 依据这两个函数方可构建林带三维空气动力学结构模型. 然而, 中国对于防护林带三维结构模型中的树体表面积、体积以及二者在林带空间的分布函数一直没有科学地定义, 无法准确反映林带的立体结构对空气动力学效应的影响, 成为该研究领域的难点和前沿问题. 本文以中国北方地区杨树为主要造林树种所营建的防护林带为研究对象, 基于杨树树体结构和林带结构配置模式, 通过多个典型样带调查和不同径级的标准木树干解析实测数据分析, 建立了杨树总表面积/总体积函数、树体不同组分(干、枝和叶)表面积/体积函数以及两者在林带空间上的分布函数等子模型, 并求解得到了每个模型所需参数, 从而得到适用于描述中国北方典型杨树农田防护林带三维结构的空气动力学模型. 结果表明: 杨树防护林带的表面积密度为0.215~10.131 m²/m³, 体积密度为0.00007~0.04667 m³/m³, 二者在林带冠层内的空间变化较大, 且其分布是不均匀的. 可见, 在林带边界层的大气模拟研究中, 以往对林带结构三维分布视为均匀的假设不够客观, 与实际情况有较大误差. 本文所得到的模型不但可较为准确地检验干、枝和叶等不同组分对大气边界层流场的影响, 而且可揭示林带整体空气动力学特征, 同时可表达与杨树林带结构相似的其他树种组成的林带的三维结构, 客观地阐明林带的空气动力学机理, 从而提高林带作用下的边界层流数值模拟的精度, 为合理地调控防护林带结构、充分发挥其防护功能提供依据.