农田防护林不同树种三维模型构建与风场模拟

作     者：贾肖肖 肖辉杰 辛智鸣 范光鹏 李俊然 杨玉丽 汪立韬 JIA Xiaoxiao;XIAO Huijie;XIN Zhiming;FAN Guangpeng;LI Junran;YANG Yuli;WANG Litao

作者机构：北京林业大学水土保持学院北京100083 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心内蒙古磴口015200 北京林业大学信息学院北京100083 香港大学地理系中国香港999077 

出 版 物：《应用生态学报》 (Chinese Journal of Applied Ecology)

年 卷 期：2023年第34卷第7期

页      面：1892-1900页

核心收录：

学科分类：090702[农学-森林培育] 0907[农学-林学] 09[农学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2019YFE0116500) 省级其他科研项目(2022YFHH0065)资助 

主　　题：激光雷达 三维模型构建 风场模拟 防护效益 

摘      要：防护林是干旱沙区绿洲的生态屏障,能够有效防治风沙灾害。单木作为构成防护林的基础单元,其结构特征是影响防护效益的关键因素。本研究以乌兰布和沙漠绿洲无叶期典型树种新疆杨、箭杆杨、小美旱杨为研究对象,借助地面激光雷达,通过计算机数值模拟,在建立单木真实三维模型的基础上,充分探究单木结构及其周围空气动力学特征,并建立单木结构参数与风场指标间的关系。结果表明:结合AdQSM与MeshLab构建树木模型的方法精度高。单木周围风场大致分为6个区域,包括植株迎风面的衰减区、植株顶端的加速区、植株背风面的涡旋区、平静区、过渡区、恢复区。单木周围压力场呈现迎风面压力大、背风面压力小的梯度变化。水平方向上,在相对风速降低20%~50%的范围内,新疆杨、箭杆杨、小美旱杨的有效防护距离分别为0.21H~1.51H、0.20H~0.91H、0.25H~1.64H(H为对应树高),对应的有效防护面积分别为18~294、15~227、18~261 m^(2)。垂直方向上,新疆杨和小美旱杨在0.3H高度处的风速衰减率最大,箭杆杨则体现在0.5H高度。综合单木结构参数与风场指标相关性和逐步回归分析,明确透光疏透度和体积孔隙度对防护效应的影响占主导地位。风场指标中,基于胸径、树木表面积、透光疏透度建立的透风系数回归模型最优;各等级有效防护距离和有效防护面积中,筛选的回归变量不尽相同。