上海市郊沿海防护林防护效应的研究

为分析上海市郊沿海防护林的防护效应,于2009年夏季对人民塘水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)基干林带前后不同观测点的风速、气温和空气相对湿度等气候因子进行了观测,并对该林带前后1 km处的防台风效应进行了比较;另外,以滨海森林公园的红叶椿(Ailanthus altissima 'Hongye' )林分为观测对象,比较分析了林带内不同垂直高度处的防风效应.结果表明,水杉基干林带具有明显的防风效果,林带内至林带后65 m范围内的风速较林带前均有不同程度的下降,以林带后25 m处的风速最低;在"莫拉克"台风登陆期间,水杉基干林带在较大尺度上具有明显的降低风速的作用;水杉基干林带在一定程度上能降低局部气温、提高空气相对湿度,以林带内的气温最低、空气相对湿度最高,从而达到改善林后小气候的作用.红叶椿林分内不同垂直高度处的防风效应有一定的差异,其中垂直高度2 m处的风速最大,而树冠处(垂直高度5 m)的风速最低.     

低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果

低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型。前人研究认为,植被覆盖度达到40%为固定沙地,40%-20%为半固定-半流动沙地。但在实践观察中发现:在低密度(或覆盖度)时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。在干旱区、半干旱区,存在着大量天然的乔木疏林,其覆盖度均在低于40%,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,即使覆盖度降低到20%时,地面也不会出现风蚀现象。因此,在内蒙古浑善达克沙地,针对覆盖度在20%左右的乔木疏林,同时测定了随机与行带式两种分布格局的防风阻沙效果。结果表明:(1)在不同的对照风速下,行带式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分布的低53.89%,在50 cm高度处低36.82%;(2)行带式林内的水平风速流场变化有一定规律,而随机分布林内风速流场变化主要受树冠在空间的分布影响,变化非常复杂;(3)随机分布的疏林内出现风速超过旷野对照的现象,在50 cm和200 cm的两个观测高度上分别有约27.45%和22.55%的风速测定值超过对照风速,说明出现明显的局部风速"抬升"现象,形成了强的涡流;(4)行带式配置林内的平均地表粗糙度达到1.01 cm,比随机分布的疏林内增大约5倍之多;(5)总体而论,行带式分布格局第1带降低风速的作用最显著,第2带及其以后各带间的风速均比第1带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显;(6)由于乔木基本(枝下高)没有枝条对风的阻碍,乔木行带式固沙林在迎风面的第1林带的基部有一定的风力"抬升"作用,对林带基部地面产生较强的侵蚀作用,多数第1带树木的根系被侵蚀裸露,过境的风沙流只能在林带后树冠外侧堆积;(7)随机分布林内在许多位置出现了非常低的地表粗糙度,地表粗糙度低的位置基本与风速"抬升"区相吻合,这种"抬升"区形成的强的涡流是疏林内出现风蚀坑的重要因素,这也是浑善达克沙地出现榆树与风蚀坑相间分布的主要原因。     

不同覆盖物对农田防护林防风效能影响

为揭示不同覆盖物对农田林网内风速分布及防风效能的影响, 选取4种不同覆盖物和对照(无覆盖物)林网模型, 对其防风效能进行了风洞模拟试验。结果表明: 林网中防护林带高度范围内, 覆盖物对林带前后的风速流场具有显著影响, 尤其是高大果树类作物对风速削减程度较大。8 m·s-1风速条件下, 各模式林网内平均风速排序为核桃+小麦间作模式<苹果+小麦间作模式<红枣+小麦间作模式<纯小麦模式<无覆盖物。林网中1 cm和2 cm高度处平均防效能分析表明, 3种果树模式林网防风效能最佳, 纯小麦模式防效虽弱于果树模式, 但是较对照仍有一定的防效, 表明林网内覆盖物(特别是果树类作物)对林带防风效能有明显增强作用。因此, 随着集约化和精准农业推进, 进行农田防护林网配置时, 应充分考虑林网内作物本身的防风效能, 尤其是高大果树类作物农田防护林网配置时, 可适当调整林网大小, 合理配置林带结构, 提高经济效益。     

不同群落结构风景游憩林生态保健效应——以北京西山国家森林公园为例

风景游憩林是城市森林的重要组成部分,具有减菌、降噪、滞尘、释氧及调节人体舒适度等生态保健效应,探索具有良好综合生态保健效应的景观模式对游憩林的建设和管理尤显重要。以北京西山国家森林公园乔-灌-草、乔-草和灌-草等9种不同群落结构风景游憩林为研究对象,通过野外监测和室内分析相结合等方法,研究了空气负离子浓度、PM_2.5浓度及消减率、噪音消减率、减菌率及人体舒适度的动态变化,分析了温度、湿度、风速等环境因子对生态保健效应的影响,运用综合指数法对生态保健效应进行定量评价。结果表明：（1）空气负离子浓度年变化范围为296.67-1090.00个/cm³,乔-灌-草结构年均最高,为（755.62±110.11）个/cm³,灌-草结构最低为（637.53±121.90）个/cm³;（2） PM_2.5浓度年变化范围为6.83-63.04 μg/m³,且夏季 < 秋季 < 春季 < 冬季,乔-灌-草结构对PM_2.5消减率最大（10.95%）,灌-草结构最低（1.17%）;（3）噪音消减率随着距离的增加均有一个最佳消减场,不同群落结构平均减噪率表现为乔-灌-草 > 乔-草 > 灌-草;（4）减菌率变化范围为11.65%-44.60%,且乔-灌-草 > 乔-草 > 灌-草;（5）乔-草结构人体舒适度最好,灌-草结构最弱;（6） PM_2.5浓度和温度呈负相关,与湿度和风速呈正相关,细菌数量与温度、湿度、风速均呈正相关,噪音与温度、风速呈正相关,与湿度呈负相关,空气负离子浓度与湿度和风速呈负相关;（7）生态保健效应综合指数范围为1.6565-9.1387,总体排序乔-灌-草>乔-草>灌-草。北京风景游憩林的建设,在群落结构上以乔-灌-草为宜,在树种选择上优先考虑油松、刺槐、侧柏等具有生态保健效应的乡土树种。     

低覆盖度下两种行带式固沙林内风速流场和防风效果

研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的单行一带和两行一带模式乔木固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析得出:两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为微变化层(20-35 cm)、显著变化层(6-12 cm)和稳定变化层(0.4-3 cm)层次,两种模式在这几个层次风速表现出相同的变化规律。两行一带模式在第一带前降低水平空间风速的效果低于单行一带模式,第一带后高于后者。降低垂直空间风速规律为:对0.4-50 cm高度的风速均有一定的降低作用,0.4-12 cm高度的风速的降低效果较显著,且两行一带模式降低近地表(0.4 cm)风速的效果要高于单行一带模式。     

基于“风感”的紧凑型城市开放空间风环境实测和CFD模拟比对研究

城市开放空间的风场不仅影响微环境的"风感"舒适度还影响宏观尺度的城市气候。从景感生态学的角度出发,首先阐述"风感"的定义,总结了街道峡谷空间风场的基本规律和特点。运用Kestrel NK4500手持气象站对城市开放空间的风环境进行实测,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Fluent 14.0对不含绿地的同一空间进行风环境模拟,通过两者的数据比对来研究紧凑型城市开放空间内绿地对行人高度风场的实际干扰程度。结果发现,紧凑型城市开放空间的"风感"受建筑和绿地空间布局的共同影响。当建筑高于绿地时,风场受建筑的控制;当林带高于建筑时,林带对风环境的影响程度受其疏密度影响。疏密度较高的常绿林带对风向和风速影响很大,而疏密度较低的林带会影响风速,对风向影响不大。影响风速的主要因素是空间围合所形成的空气域,相比实体、多孔介质,空气域对风的阻力要小的多。如铺装、草坪上方的通风廊道是影响行人高度层通风、导风的关键因素。紧凑型空间内的绿地在行人高度应保持通畅以保证通风,并通过建立平面和竖向上的通风、导风廊道体系,促进空气循环。     

从植物群落学原理谈黄土高原植被建造的几个问题

依据植被地带性分布规律及植物群落结构原理,对黄土高原大面积建造林草植被的实践和学术上存在的有关问题进行了分析讨论。认为对造林而言应强调适地适林,“适地适树”的提法有不确切性,因为很多适地适树的树种用作主要造林树种则不适宜,指出应选择相应地带植被优势种用于造林种草,辅以伴生种,建立不同类型的复层混交植被,森林带,森林草原带,草原带分别以针阔混交,乔灌草混交,稀树灌草丛模式为主。从人工林草地土壤水分动态看,“草灌先行”的造林途径是不可行的。     

基于城市微气候模拟软件的城市道路绿化带对PM2.5消减作用的研究

随着经济的快速发展及机动车保有量的持续增长，车辆造成的道路污染问题日益严重。广州作为中国重要的经济发展城市，交通源排放问题高度集中，机动车排放是城市PM2.5的主要来源之一，开展减缓城市道路污染危害的研究具有重要意义。本研究为调查绿化带对广州城市道路PM2.5的影响，运用实测与城市微气候模拟软件（ENVI-met）模拟结合的研究方法，实测并分析城市道路空间PM2.5的浓度分布及其影响因素，使用实测数据对模拟软件进行验证分析，模拟研究理想道路模型下不同高宽比、风向等因素及绿化带植配类型对PM2.5的消减作用。研究表明：（1）城市道路空间PM2.5浓度分布受污染源、街道高宽比、风速风向、绿化带等综合影响，自然消减情况下，其主要受风速风向和高宽比双因素影响；（2）通常街道高宽比越大，越有利于道路空间PM2.5的扩散；（3）城市道路空间PM2.5自然沉降最小距离为12 m，0-12 m范围内应保持无障碍物的开敞环境，PM2.5消减的关键范围是12-24 m，此范围内可以利用生态手段沉降颗粒物；（4） PM2.5消减率受绿化带和风向的双控制，应根据主导风向选择绿化带植配方式。在主导风平行面和垂直迎风面绿化带对PM2.5有正消减效应，建议植配类型为"乔-乔+灌+草"；在主导风垂直背风面绿化带对PM2.5呈负消减效应，植配类型为"乔-灌"绿化带消减率接近于自然消减率，而植配类型为"乔-灌+草"和"乔-乔+灌+草"的绿化带加重了颗粒物在该区域的积聚。     

秦岭太白山北坡蝗虫的群落结构

在秦岭太白山北坡23个样地内采集到蝗虫2总科7科25属34种。应用数量分类、多样性指数及相似性分析方法对太白山北坡蝗虫群落垂直分布样方资料进行了分析。应用数量分类法可将蝗虫群落按植被类型分为8种,即农耕带、栓皮栎林带、锐齿栎林带、辽东栎林带、桦木林带、冷杉林带、落叶松林带、高山草饲带。太白山蝗虫群落垂直分布规律明显。其中高海拔（如高山草甸带）的蝗虫种类数和多样性明显低于中低海拔,中低海拔（锐齿栎林带）蝗虫种类和多样性指数最大。但低海拔的农耕带人为干扰大,植被较单一,蝗虫优势种的优势度大,蝗虫密度大,而种类数较少。     

生物反应器流场特性研究及其在生物过程优化与放大中的应用研究

生物反应器是实现生物过程的核心设备,其内进行的生物反应过程受不同反应器内流场结构的影响会产生差异显著的结果,这也是导致生物过程放大困难的关键问题之一。为研究这一问题,必须对不同规模反应器内流场结构有充分的认识,必须对反应器内的混合、传质、剪切等影响生物过程的几个关键方面进行深入研究。首先简单介绍了反应器流场研究的实验及数值模拟方法,在此基础上详细论述了流场混合与传质对生物反应过程的影响,流场剪切对丝状菌形态及其生物过程的影响,最后从反应器流场与细胞生理代谢特性整合的角度,介绍了反应器流场与细胞生理之间的相互作用关系,并以三个实例简单介绍了基于Euler-Lagrange模拟框架的整合流场和细胞动力学模型的模拟方法及模拟结果。旨在通过介绍反应器流场研究及其在生物过程优化放大中的应用,提出基于反应器流场特性与细胞动力学响应的生物过程放大研究方法,为更高效、理性地生物过程放大提供一些理论参考。     

行带式柠条固沙林防风效果

传统观点研究认为：植被覆盖度低于40％,沙地处于半固定半流动状态．但在实践观察中发现：在低密度（或覆盖度）时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。以低覆盖度（20％-25％）的柠条固沙林为研究对象,采用多点式自记风速仪（GB-228）,在2。4月份的盛风季节,测定了行带式配置和随机分布的柠条固沙林以及完整的行带式配置和其中一带出现缺口的行带式固沙林内不同部位、不同高度的风速．统计分析风速测定结果发现：（1）当覆盖度在20％-25％时,行带式配置的柠条固沙林内的防风效果比同覆盖度随机分布的在20cm高处高48．4％;50era高处高30．7％;200cm高处高27．4％,且风速越大,行带式配置降低风速的效果越显著,当200cm高风速达到6—7m／s时,行带式的平均防风效果比同覆盖度随机分布的高48．2％;反映出在低覆盖度时,灌丛的水平分布格局成为制约固沙林沙防风效果的重要因素,行带式配置具有显著的防风效果;（2）在灌丛与灌丛之间形成的类似“狭管”流场的局部,有提升风速的作用,导致其林内观测的风速有约41．3％的观测结果超过旷野对照风速,行带式配置的柠条固沙林内没有一个观测结果超过对照风速;这个结果反映出随机分布的柠条固沙林内流场结构复杂、变化多样,也成为低覆盖度时,沙地处于半固定、半流动状态,疏林内同时存在风蚀和积沙和缺口处风速升高的重要因素;（3）行带式配置林内地表粗糙度比随机配置的高5．4-114．4倍,说明行带式配置具有显著的防止风蚀、固定流沙的作用;（4）行带式林内出现断带缺口处,其缺口处的风速降低有明显的累加现象;风速抬升现象在一定程度受到制约。这些结果为发展低覆盖度行带式配置的固沙林提供重要的科学依据。     

农田林网地区风速减弱规律的探讨

根据能量平衡原理,利用风洞实验资料和野外观测资料分析了林网地区动量通量(或动力速度)的变化规律,得到了林网地区与旷野的动力速度之比关系式:并据此分析了林网地区的风速减弱规律。     

Potential differences in seed dispersals of low‐height vegetation between single element and windbreak‐like clumps

Wind speed is one of the most important factors for seed wind dispersal. A wind speed reduction region, which could be influenced by vegetation arrangement, will form in the lee of vegetation and therefore affects the seed dispersal. Here, by taking shrub as an example, quantitative differences in seed dispersals of low vegetation between single element and windbreak‐like clumps are numerically investigated. The local variation of stream‐wise wind speed is focused. Empirically parameterized functions of leeward wind distributions are employed. It reveals that the accumulative probability of dispersed seeds from a point source with considering leeward wind reduction could be well fitted by a logistic function. For a fixed release height or vegetation porosity, accumulative probabilities for single element and those for windbreak‐like clumps would intersect at a leeward location. This intersection location decreases linearly with release height but exponentially with porosity. The fitting parameter r₀ (the center of logistic function) for single element increases as the same manner for windbreak‐like clumps, with regard to the increase of release height, porosity, and height. But, the increasing rates for single element are higher than those for windbreak‐like clumps. The fitting parameter p (the power index of logistic function) for single element is generally larger than that for windbreak‐like clumps. With the increase of release height, p decreases at first but increases then for single element, while it shows opposite trend for windbreak‐like clumps. p decreases with porosity for both single element and windbreak‐like clumps. But, the decreasing rate for single element is lower than that for windbreak‐like clumps. p increases exponentially with height for windbreak‐like clumps, while it almost keeps constant for single element. These results suggest the potential importance of vegetation arrangement on seed dispersal and therefore possibly provide additional reason for the disagreement among observed dispersal kernels.     

An Application of the Shark Skin Denticle Geometry for Windbreak Fence Design and Fabrication

Windbreak fences in open and urban areas can be used to effectively reduce the wind velocity.In this paper we examine how the geometrical shape of the windbreak fence can optimally mitigate wind velocity.We propose an approach for windbreak fence design based on a bionic parametric model of the shark skin denticle geometry,which improves the reduction of the wind velocity around and behind the windbreak fences.The generative model was used to estimate improvements by variations in the parameters of the fence panel's geometrical shape,inspired by shark skin denticles.The results of the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis indicates that the fence surface inspired by shark skin performs much better than both flat and corrugated surfaces.Taking into account the complex geometry of the surface inspired by shark skin denticles,we propose a fabrication process using an expanded polystyrene foam (EPS) material,created using an industrial robot ann with a hot-wire tool.Creating EPS moulds for the shark skin denticle panels allows for a richer variety material to be used in the final design,leading both to higher efficiency and a more attractive design.     

An analysis of components of wind affecting the accumulation of flying insects near artificial windbreaks

Flying Cecidomyiidae, Mycetophilidae and Aphididae accumulated to leeward of a windbreak of 45 % open area. There were relatively more of these insects in sheltered than in unsheltered air the greater the angle of the incident wind to the windbreak, and the greater the free wind speed. Mycetophilidae and Aphididae accumulated relatively less as turbulence in the free air increased. The accumulation of Mymaridae to leeward of a solid windbreak was affected only by wind speed. No relationship was detected between the accumulation of Psychodidae, parasitic Hymenoptera, Thysanoptera and Staphylinidae and the incident angle of wind, wind speed or turbulence.     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

科尔沁沙地黄柳和小叶锦鸡儿茎流及蒸腾特征

利用Dynamax茎流测量系统、Li-6400光合作用仪和自动气象站分别对科尔沁沙地两种灌木树种黄柳和小叶锦鸡儿的液流变化、蒸腾速率及其周围的环境因子进行检测.研究结果表明：（1）黄柳、小叶锦鸡儿茎干液流通量密度日变化趋势基本相同,呈多峰曲线;液流启动时间分别为4：30、5：30,在13：00左右到达各自液流峰值,峰值大小为81.2～91.7mg/h、17.3～27.1mg/h,20：30降为最低,晚间均具有明显的液流活动现象.（2）灌木的茎流日变化曲线与蒸腾速率日变化曲线并不吻合,实验测得的叶片蒸腾速率不能同步反映茎干液流的动态变化特征;黄柳的叶片蒸腾速率和单枝蒸腾耗水量均大于小叶锦鸡儿,耐旱性相对较低.（3）黄柳、小叶锦鸡儿白天液流通量密度变化趋势与环境因子变化趋势相吻合.相关性分析表明,影响灌木液流变化的主要因子依次是太阳有效辐射、相对湿度、大气温度、风速、10cm和20cm土壤温度.     

Wind Flow Characteristics on a Soybean Leaf Compared with a Leaf Model

The purpose of this paper is to describe momentum boundary layer flow parameters on a soybean leaf [Glycine max (L.) Merrill] at various velocities of the bulk air stream and these data are compared with similar measurements on an artificial leaf. The wind structure is measured at three different bulk air velocitìes (u_∞= 39, 148 and 271 centimeters per second) on an individual soybean leaf and is compared to structural effects on an artificial leaf (flat metal plate) in a small closed-circuit wind tunnel. The boundary layers were homogeneous for the metal plate, but only at the lower velocity for the soybean leaf. The boundary layer thicknesses decrease with increasing bulk air velocity for laminar flow regimes, whereas in the turbulent flow regime the boundary layer thickness greatly increases. The effect of turbulence on the soybean leaf boundary layer made the eddy diffusivities at least three times greater than in the laminar flow regime at the calculated roughness height above the leaf surface. The structure of the leaf boundary layer flow is comparable to that of the metal plate only at the lower bulk air velocity.     

科尔沁沙地人工杨树林生态服务效能评价

采用定位观测法,系统评价了杨树(Populus simonii)林的防风、抗蚀和滞尘等生态服务效能及其间接价值,同时定量探讨了风速减弱系数与实测林地叶面积指数的关系。结果表明,在研究区主害风(西北风)天气下,林地迎风区6H(H为平均树高)、3H、林地中央、林地背风区林缘、6和8H处2m高度的日平均风速与对照点(流动沙丘)相比均有不同程度减弱,风速减弱系数在18．3％～66．2％之间。林地背风区6H处0．25、0．5、1和2 m 4个高度的月平均风速减弱系数与林地叶面积指数呈显著非线性相关,其间存在良好的三次曲线关系(P<0．0001,R²=0．43～0．94,n=80)。在主害风天气下,林地各观测点的地表日风蚀量与对照点相比大幅度降低,平均降幅85．2％～99．9％。在观测期内,林地中央的日平均降尘量为13.2 kg·hm^-2,而林地迎风区6H处的日平均降尘量为9．9 kg·hm^-2,林地的日滞尘能力约为3．3kg·hm^-2。