阔叶林风场特性及风致动力响应的现场实测研究

摘要

强风对于单体树木和森林系统造成的损坏巨大,不可忽视。保障树木风致安全的首要问题是掌握强风下树木-风相互作用特性。特别是,树木的风致响应。基于此,以黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站的落叶阔叶林为研究对象,实测研究了三次强风时段的林间平均风与脉动风特性,分析了林中一棵白桦树的脉动风荷载及风致响应。研究结果表明:树木的扰动作用导致平均风随高度发生偏转,在冠层高度范围以内偏转梯度大,冠层高度以外偏转梯度较小;最大风偏转角度近似为67°。树木的扰动作用增加了冠层内风场的湍流强度,这一影响随着来流风强度的增加而增加。三次强风作用下,树木在脉动风作用下呈现出复杂的随机振动,振动响应的峰值频率与树木自由振动的峰值频率一致,与来流风的脉动风特性无关。阔叶树的机械传递函数的峰值频率与响应功率谱的峰值频率基本一致,树木风致响应的机械传递函数几乎与受迫阻尼谐振子的传递函数相同,这一点与针叶树具有相似的特征。