植物叶片温度下降系数及树冠周围温度场的研究

摘要

城市热岛现象一直是深深困扰着人类的一大难题，绿化植被是解决这一问题的有效手段。树冠通过其叶片大量蒸腾水分消耗城市中的辐射热，以及通过枝叶形成的浓荫阻挡太阳的直接辐射热和来自路面、墙面和相邻物体的反射热而产生的降温增湿效益，对缓解城市的热岛和干岛效应、提高生活舒适度和生活质量具有特殊而重要的意义。然而长期以来一直缺乏对树冠如何影响其周围热环境的系统研究，缺少可行的预测手段。针对上述不足，笔者开展了以下研究。
　　第一，论文通过大量的实测工作，研究了几种校园常见的长青树冠的结构特性，针对树冠结构特性提出相关结构参数：叶面积指数L LA I以及填充率Vp，并通过实测数据归纳总结出两者之间的关系。
　　第二，论文通过风洞试验，研究了树枝尺度下单一品种树冠对其周围空气热环境的影响因素，分析了不同风速和环境温度下树冠结构特性对其周围环境温度的影响。讨论了树冠结构参数对周围热环境的影响规律，提出树冠降温数值与风速、叶面积指数及环境温度的关联表达式，且采用多种树种的试验测试数据对该关联式的适应性进行了对比验证。研究结果表明，树冠对周围空气热环境有显著的降温效果，树冠温度下降系数与其结构参数、风速和环境温度呈一定规律。叶片尺寸不同的树冠，其降温效果也不同，所提出的树冠温降关联式具有一定的适用性，但预测不同树冠的降温效应需进行必要的修正。
　　第三，根据实际树冠的冠层高度、冠层形状及树叶簇的大小建立了3种二维简化树冠模型，依据不同树冠的风洞试验结果，研究树冠周围温度场的具体分布情况及变化规律，并将试验和模拟结果进行对比，探究风洞试验所得温降关联式的适用性。结果发现，只有冠层高度较低的模型1与风洞试验结果吻合良好，只在某些特定情况存在一定偏差，而模型2和模型3因其冠层高度较高，与风洞试验尺寸相差较大，导致模拟结果与试验结果偏差很大。改用模型1的冠层模型模拟试验测得的另外几种树冠，叶片簇尺寸扔采用模型2、3的数据，进行模拟后发现模拟结果和试验结果吻合情况良好，说明模型2、3的结果与试验测得结果偏差较大的原因的确是模型尺寸与风洞实验相差过大导致的。综上所述，说明要将风洞试验所测得的树冠温降关联式仅适用于冠层尺度与风洞相差较小，高度为3m左右的树冠。若应用于实际的高大树冠时，需要另做一些修正或进行进一步的试验和模拟研究。
　　第四，引入分形维数的概念表征二维树冠结构，对二维树冠对其周围热环境的影响进行了研究，分析了周围环境温降与分形维数、叶面积指数和风速的关系。

目录

声明

主要符号表

第一章 绪论

1 .1 问题的提出

1 .2 树冠对周围环境温度影响特性研究发展概况及现状

1 .3 本课题的主要研究内容

第二章 理论基础与CF D模拟方法研究

2 .1数学方法

2 .2 CFD模拟方法研究

2 .3 主要使用软件简介

第三章 树枝尺度树冠周围热环境的风洞试验研究

3 .1 树冠结构参数

3 .2 风洞试验

3 .3 试验方案设计

3 .4 试验结果分析

3 .5 四种树冠结果总结

3 .6 树冠阻力系数的测定

3 .7 本章小结

第四章 树冠周围热环境的CF D模拟研究

4 .1 树冠二维简化模型

4 .2 模型1的结果分析与讨论

4 .3 模型2的结果分析与讨论

4 .4 模型3的结果分析与讨论

4 .5 本章小结

第五章 二维树冠对其周围影响的研究

5 .1 叶面积指数与分形维数的关系

5 .2 不同模型树冠温降与分形维数、叶面积指数和风速的关系

5 .3 三种不同模型总结归纳

5 .4 本章小结

第六章 结论与展望

6 .1 本课题的研究结论

6 .2 前景展望与建议

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢