沿海防护林防风效应数值模拟研究

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本研究以上海浦东新区沿海水杉防护林体系为研究对象，通过野外调查水杉防护林网群落结构特征，采用Wilson提出的动量汇原理对水杉群落各项结构特征参数进行数值化处理，并利用计算流体力学（Computional Fluid Dynamics,CFD）FLUENT软件包，分别对不同宽度、不同复层结构、不同布灌方式水杉林带和水杉林网防风效能进行数值模拟，探讨各种不同结构林带防风效能差异，分析气流在经过多条林带组成的水杉林网时变化规律，以期为沿海防护林体系构建与经营管理提供一定的理论依据。研究结果表明：
　　（1）不同宽度水杉林带的防风效能差异
　　通过对不同宽度（0.75H与2.5H）水杉林带防风效应数值模拟发现，气流从林带前10H至林带前4H流速衰减比较缓慢，之后林带对气流的影响逐渐显现，风速下降趋势加快。0.75H带宽林带在林带后出现回流的位置比2.5H带宽林带远，且0.75H带宽林带回流峰值小于2.5H林带。在回流减弱后风速恢复过程中，2.5H带宽林带后气流恢复速率比0.75H林带快，且0.75H带宽林带有效防护距离（本文中以风速减低至入口来流百分之70％以内区域为有效防护区域，简写为d70）在各个高度水平上均比2.5H林带长约2H左右。
　　（2）不同群落结构水杉林带防风效能差异
　　通过对水杉纯林与水杉-构树复层林带（带宽均为2.5H）防风效能进行数值模拟发现，气流在林带前表现与其他类型的林带类似，而主要差异发生在林带后，纯林与复层林在林带后1H高度水平以下均出现回流，且水杉纯林林带后回流稍强于复层林。另外在回流削弱与风速回升的过程中，复层林的恢复慢于水杉纯林，且其有效防护距离稍长于水杉纯林。
　　（3）不同布灌方式的水杉林带的防风效能差异
　　通过对不同布灌方式水杉林带（带前布灌与带后布灌）防风效能进行数值模拟分析得出，由于布置的灌草生长高度有限（约0.1H），因此对林带防护效应造成的影响也主要是在这个高度水平上，带前布灌的林带前缘风速由于灌木的影响几乎降至为0，而带后布灌林带由于下层枝下高部分透风性较好，因此风速在林带前缘并未减为0。在其他高度上气流在接近林带时其流速均保持下降的趋势。1H高度以下的林带在林带后均有回流出现，在带后回流区的垂直断面上，越接近林带底部其回流越激烈，且带前布灌林带回流峰值均稍低于带后布灌。同时还发现带后布灌林带林后风速恢复快于带前布灌林带，即带前布灌林带其有效防护距离（d70）稍大于带后布灌的林带。
　　（4）水杉林网的防风效能分析
　　通过对胜利塘、军垦塘、人民塘部分水杉林带组成的水杉林网进行防风效能模拟发现，水杉林网对来流动能有明显的削弱作用，风速下降明显。根据三条林带的模拟结果发现，来流在林带前4H左右处逐渐开始明显下降。各林带基本上在林带后都有回流，回流区的激烈程度除了与林带疏透度等结构因子有关以外，也与回流所在的断面垂直高度有关。疏透度越小，带后回流越激烈，越接近地面回流也会更加激烈。此外，本研究中各林带的有效防护距离（d70）一般都在林带后10H左右。因此，我们认为林网中林带间距设置在15H左右比较合适。

著录项

作者
董毅;
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作者单位

中国林业科学研究院;

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授予单位中国林业科学研究院;
学科生态学
授予学位硕士
导师姓名虞木奎;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类水杉;防护林;
关键词
水杉防护林; 防风效应; 数值模拟; 群落结构;

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