农田防护林体系空气动力效应研究

本文目的旨在解析农田防护林体系大气边界层结构的基础上，完成疏林型防护林体系的区域性防风效应模型，与业已完成的林带网格型防护林体系的区域性防风效应模型（朱廷曜，1992，1993）一起，共同构成农田防护林体系区域性防风效应评价的理论体系。在分析风洞实验和野外实际观测资料的基础上，利用大气边界层空气动力学基本原理推导出农田防护林（体系）动力效应的系列模型，主要研究内容和结论为：1.单株树背风面的等风速线在水平剖面和垂直剖面上均呈近椭圆形，模型树的阻力可采用单摆方法和力矩平衡原理准确测定，推导出单株树的阻力系数模式C_T = 0.5A(1 - α~2)，模式值与实测值吻合较好；2.利用量纲分析方法推导出农田防护林体系（包括林带网格型和疏林型）大气下边界层结构参数（恸力速度u_*，粗糙度z_0和零平面位移d）与防护林结构关系的模式；发现了疏林型防护林体系在某一郁闭度时，其边界层的u_*和z_0有极大值；3.根据能量平衡原理推导出疏林型农田防护林体系的防风效应模式，模式计算结果与实测值很好地吻合。4.用地砖偏差方法估算辽宁省彰武县农田防护林体系的区域性防风效应，平均值为14%。5.推导出林带自防风效应的阻力模式和力矩模式，发现林带的自防风效应与林带结构有密切的关系，相同透风系数情况下，疏透结构林带的自防风效应优于通风结构；断面形状为前高后低或屋脊状的林带优于矩形断面的林带，改变林带断面形状可以提高林带的自防风效应50%。研究结果为农田护防林体系效益研究提供理论基础，也为其经营管理提供了量化指标，对农田防护林生态工程方面的教学、科研和工程建设都有重要意义。