Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình cấu trúc ba chiều (3D) và các tham số của hàng cây chắn gió từ cây bạch dương
Tóm tắt
Các chức năng không gian của mật độ diện tích bề mặt (diện tích bề mặt sinh trưởng trên mỗi đơn vị thể tích tán lá) và mật độ thể tích (thể tích sinh trưởng trên mỗi đơn vị thể tích tán lá) đã được sử dụng như hai mô tả cấu trúc ba chiều (3D) cho hàng cây chắn gió. Các chức năng này được xác định bằng các mô hình như một trường hợp tổng quát. Tuy nhiên, các mô hình con như diện tích bề mặt, thể tích và các phân bố tương ứng chưa được định nghĩa rõ ràng cho cây bạch dương, một loài gỗ thống trị trong các hàng cây chắn gió trên khắp Trung Quốc, điều này hạn chế khả năng ứng dụng của các mô hình này ở Trung Quốc và các nơi khác. Để định nghĩa và phát triển các mô hình con này cho hàng cây chắn gió, các cây bạch dương đã được lấy mẫu một cách hủy diệt từ các hàng cây chắn gió nhiều hàng và sau đó được đo diện tích bề mặt và thể tích của chúng. Sử dụng các phép đo này, chúng tôi đã ước lượng các tham số để định nghĩa các phương trình của chúng một cách rõ ràng. Dựa trên kiến trúc và kiểu trồng cây trong hàng cây chắn gió, phân bố các diện tích bề mặt và thể tích theo chiều dọc và chiều rộng cho các chiều cao cây khác nhau đã được xây dựng cho ba thành phần: thân, cành và lá. Việc kết hợp các phương trình đã được định nghĩa vào các mô hình, chúng tôi đã mô tả cấu trúc 3D của một hàng cây chắn gió bạch dương nhiều hàng. Kết quả cho thấy rằng, sự thay đổi không gian về độ lớn của mật độ diện tích bề mặt (0.215–10.131 m2/m3) hoặc mật độ thể tích (0.00007–0.04667 m3/m3) trong hàng cây chắn gió là rất lớn và phân bố của chúng không đồng đều. Giả thiết cho các nỗ lực mô hình hóa dòng chảy lớp biên cho rằng phân bố 3D của cấu trúc hàng cây chắn gió là đồng nhất không phải là trường hợp trong thực địa. Mô hình cấu trúc 3D không chỉ có thể được sử dụng để mô hình hóa trường dòng chảy mà còn có thể thể hiện toàn bộ các đặc tính khí động học của một hàng cây chắn gió. Các phương pháp và phương trình được phát triển trong nghiên cứu này có thể được áp dụng để ước lượng cấu trúc 3D của hàng cây chắn gió có thiết kế tương tự như các hàng cây chắn gió bạch dương mà chúng tôi đã nghiên cứu về thành phần loài và kiểu trồng. Các mô hình được phù hợp có thể được sử dụng để mô tả cấu trúc khí động học 3D của các hàng cây chắn gió trên cánh đồng. Hơn nữa, việc cải thiện mô tả cấu trúc hàng cây chắn gió có tiềm năng lớn để cải thiện mô phỏng các dòng chảy lớp biên bị ảnh hưởng bởi hàng cây chắn gió đó. Những hiểu biết như vậy có thể cuối cùng được sử dụng để định lượng thiết kế cấu trúc hàng cây chắn gió và/hoặc điều chỉnh để quản lý chức năng của hàng cây chắn gió và ảnh hưởng của chúng đến vi khí hậu.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Brandle J R, Hodges L, Zhou X H. Windbreaks in North American agricultural systems. Agroforest Syst, 2004, 61: 65–78
Caborn J M. Shelterbelts and Windbreaks. London: Faber & Faber Ltd., 1965
Cao X S. Windbreaks and Shelterbelts (in Chinese). Beijing: Chinese Forestry Publishing House, 1983
Wilson J D. On the choice of a windbreak porosity profile. Bound-Lay Meteorol, 1987, 38: 37–49
Heisler G M, Dewalle D R. Effects of windbreak structure on wind flow. Agric Ecosyst Environ, 1988, 22-23: 41–69
Kenney W A. A method for estimating windbreak porosity using digitized photographic silhouettes. Agric Forest Meteorol, 1987, 39: 91–94
Hagen L J, Skidmore E L, Miller P L, et al. Simulation of effect of wind barriers on airflow. Trans Am Soc Agric Eng, 1981, 24: 1002–1008
Wilson J D. Numerical studies of flow through a windbreak. J Wind Eng Ind Aerod, 1985, 21: 119–154
Wang H, Takle E S. On three-dimensionality of shelterbelt structure and its influences on shelter effects. Bound-Lay Meteorol, 1996, 79: 83–105
Zhu T Y, Guan D X, Wu J B, et al. Structural parameters of wind protection of shelterbelts and their application (in Chinese). Sci Silvae Sin, 2004, 40: 9–14
Patton E G, Shaw R H, Judd M J, et al. Large-eddy simulation of windbreak flow. Bound-Lay Meteorol, 1998, 87: 275–306
Wang H, Takle E S. A numerical simulation of boundary-layer flows near shelterbelts. Bound-Lay Meteorol, 1995, 75: 141–173
Zhou X H, Brandle J R, Takle E S, et al. Estimation of the three-dimensional aerodynamic structure of a green ash shelterbelt. Agric Forest Meteorol, 2002, 111: 93–108
Zhou X H, Brandle J R, Mize C W, et al. Three-dimensional aerodynamic structure of a tree shelterbelt: Definition, characterization and working models. Agroforest Syst, 2004, 63: 133–147
Zhou X H, Brandle J R, Takle E S, et al. Relationship of three-dimensional structure to shelterbelt function: A theoretical hypothesis. In: Batish D R, Kohli R K, Jose S, et al, eds. Ecological Basis of Agroforestry. New York: CRC Press, 2008. 273–285
Zhang X G. Construction of protection forests for farmlands in Three-North areas of China (in Chinese). J Liaoning Forest Sci Technol, 2007, 5: 45–48
Fan Z P, Zeng D H, Jiang F Q. Application of sustainable and intensive management model of windbreaks/shelterbelts (in Chinese). Chin J Appl Ecol, 2001, 12: 811–814
Chen J M, Rich P M, Gower S T, et al. Leaf area index of boreal forests: Theory, techniques, and measurements. J Geophys Res, 1997, 102(D24): 29429–29443
Olesen P O, Roulund H. The water displacement method: A fast and accurate method of determining the green volume of wood samples. For Tree Impr, 1971, 3: 3–23
Behre C E. Form-class taper curves and volume tables and their application. J Agric Res, 1927, 35: 673–744
Meng X Y. Forest Mensuration (in Chinese). Beijing: Chinese Forestry Publishing House, 2006
Van Laar A, Akça A. Forest Mensuration. Dordrecht: Springer, 2007
Huxley J S. Constant differential growth-ratios and their significance. Nature, 1924, 114: 895–896
Sinnott E W. A developmental analysis of inherited shape differences in cucurbit fruits. Am Nat, 1936, 70: 245–254
Whaley W G, Whaley C Y. A developmental analysis of inherited leaf patterns in Tropaeolum. Am J Bot, 1942, 29: 195–200
Borchert R, Slade N A. Bifurcation ratios and the adaptive geometry of trees. Bot Gaz, 1981, 142: 394–401
Stewart I. Irregular tricks of the trade. Nature, 1988, 336: 289
Van Pelt R, North M P. Analyzing canopy structure in Pacific Northwest old-growth forests with a stand-scale crown model. Northwest Sci, 1996, 70: 15–30
Zeide B. Fractal analysis of foliage distribution in loblolly pine crowns. Can J Forest Res, 1998, 28: 106–114
Hoel P G. Introduction to Mathematical Statistics. 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1962
Hogg R V, Craig A T, Mckean J. Introduction to Mathematical Statistics. 4th ed. New York: Macmillan, 1978
Ross S M. Introduction to Probability Models. 8th ed. Amsterdam: Academic Press, 2003
Cai Q C, Xu Q F, Jiang Q W, et al. Parameter estimation in Gamma distribution with interval data (in Chinese). Chin J Health Stat, 2005, 22: 71–79
Gross G. A numerical study of the air flow within and around a single tree. Bound-Lay Meteorol, 1987, 40: 311–327