近日，水保学院王京学副教授在树木风致效应研究方面取得新进展，相关研究成果以“Canopy effects on aerodynamic characteristics and wind-induced response of trees using one-way fluid structure interaction simulation”为题，发表于流体力学领域国际权威期刊《Physics of Fluids》。
强风常导致树木发生倒伏或折断，影响树木生态功能的发挥，并诱发系列次生灾害。然而，树木形态结构复杂，其气动力及动力特性耦合作用显著，如何准确、高效地预测强风作用下树木的风荷载及风致响应规律，一直是树木风致效应领域的研究热点与难点。
针对上述问题，研究团队提出了基于计算流体动力学与有限元的单向流固耦合数值模拟方法，并以樟子松为对象开展了系统研究。在计算流体动力学模拟中，团队利用大涡模拟湍流模型及多孔介质冠层模型精确求解树木动态风荷载与瞬时流场结构，并通过自研脚本将风荷载映射至有限元模型，从时域和频域全面解析了树木的风致响应规律与破坏机理。
研究发现，高惯性阻力系数的树冠通过动量吸收，会降低树木下游平均风速与雷诺应力，并抑制树干和分枝周围的漩涡脱落。动力响应分析进一步证实，树冠所承受风载荷主导了整株树木的顺风向位移，其所受平均阻力可达树木枝干的2-4.5倍。更重要的是，树冠的存在改变了树木内部的应力分布规律，使最大应力位置由树木基部转移至主干-枝条交界处。研究成果可为“三北”工程建设及城市绿化树木建植提供科技支撑。
水保学院2026届硕士毕业生陈忠灿为论文第一作者，王京学副教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目（32101589）、北京市“高创计划”人才托举项目（20250649）和中央高校优秀青年团队项目（QNTD202508）等项目的支持。
