近年来,飓风灾害发生频繁,森林作为抵挡灾害的天然屏障,而遭受的破坏越来越多,从大规模的树叶脱落、树枝的折断到树木连根拔起,飓风带来的灾害给国民经济造成了巨大损失,因此定性定量化地探究强风荷载下森林内部流场的分布特征是目前的热点问题。风力下的树木抗风性的研究主要涉及:树木的三维几何建模和对树木模型加载风力场这两个部分。通过分析风力相关参数的分布变化特征,了解树木在飓风下的内部流场的运动,可以为树木的抗风性能提供了理论依据,同时也为森林管理开辟了新的思路。基于以上背景,本文结合计算机建模以及流体力学相关知识实现树木的三维几何建模,并获取和分析了飓风状态下林内的风力相关参数的变化。主要进行了以下研究:1.树木枝干的三维几何模型构建。本文根据陆地激光雷达所采集的点云数据,分别针对樱花树、苹果树和橡胶树进行研究。对原始点云数据进行标靶配准拼接和点云噪声点去除;将处理后的点云数据分层处理,根据最短路径距离进行聚类,寻找每一层的不同聚类中心点;构建聚类中心点的连通性矩阵,采用圆柱体拟合方式实现树木枝干模型重建;根据树木的构成属性,将树木的枝干自动分类为主枝干、一级分枝和二级分枝,最终得到完整的树木枝干模型。实验结果与原始扫描数据在形状和分布上有较好的相似度,保持了原始数据的大部分点云特征,证明了该算法的可行性。2.基于叶团簇的林分参数反演。针对中国海南橡胶树常年收到风力侵害这一问题,以两个不同品种的橡胶树(PR107和CATAS7-20-59)作为研究对象,利用空间分水岭算法,提出将每个主干和一级分枝上的叶子归为一类,即一个叶团簇,提取每个叶团簇的相关林分参数:叶面积指数、叶团簇体积、叶面积密度和孔隙率。构建基于叶团簇的树木模型,建立两个品种的橡胶树林分模型。林分参数反演结果表明:橡胶树1(PR107)的主干与一级分枝夹角大于橡胶树2(CATAS7-20-59),橡胶树1的孔隙率低于橡胶树2。3.研究飓风载荷下森林内的风力相关参数的分布与变化。通过加载风速,从而得到风力相关参数(速度、动压和湍流强度)的演变和分布特征,分析不同品种树木抗风性的差异,寻找造成不同品种橡胶树抗风性差异的原因,根据原因给出了相应的森林种植方案和建议。模拟结果表明:由于橡胶树1具有较大的分枝夹角和低孔隙率,由橡胶树1构成的林段1在速度、动压和湍流强度均高于由橡胶树2构成的林段2,导致林段1易受到风力的侵害,模拟结果与实际观测到的结果一致。