:: تبسيط أثر الريح على كروب ييلد وميكريكليمات باستخدام الزملاء في أنسيس فلونت

التعريف باتفاقية الغذاء الشامل للأخطار الزراعية

إن الازدهار - النسيجات - الازدهار - أو الشجيرات أو الهياكل الاصطناعية - قد استخدم منذ وقت طويل لحماية المحاصيل من التلف الريحي وتعديل الميكروبيات الميدانية، ويخلق التفاعل الهوائي بين ريح الرياح والريح المحيطة منطقة مأهولة حيث تتباين سرعة الرياح، والخلط المضطرب، والتبادل الحراري والرطوبة، وتؤثر هذه التغيرات تأثيرا مباشرا على نمو المحاصيل واستخدام المياه وتولد الإمكانات المحتملة.

أساسيات ويندكس الأيروديناميك

كيف يتدفق الشتاء

وعندما تصطدم الرياح السائدة بكسر في الرياح، يضطر جزء من التدفق إلى الارتفاع فوق الحاجز، ويضطر جزء منه إلى التغلغل حول حوافه، ويخترق جزء منه الحاجز (وبخاصة ما يتعلق بكسرات الرياح المهبلة مثل الأشجار أو السياج المشرقي)، ويحد نمط تدفق الهواء الناتج من سرعة الرياح في جانب الطول، ويمتد هذا التسارع إلى عدة أضعاف طول الريح (ه).

The Concept of Shelter Zone and Reduced Wind Speed

وتميز المنطقة المأهولة باختراق الرياح بمنطقة تقل فيها سرعة الرياح عن ٥٠ إلى ٦٠ في المائة من سرعة الرياح غير المقلقة، كما أن طول هذه المنطقة وشكلها يتوقفان أساسا على ازدراء الرياح وارتفاعها وازديادها، كما أن سرعة الانقطاع عن الرياح في المتوسط )الاضطرابات التي تناهز ٤٠ إلى ٥٠ في المائة( قد تؤدي إلى الحد الأقصى من سرعة الاختراق في نحو ٢ إلى ٥ نماذج.

الانذار وآثار الوراثة

وتولد الاضطرابات في المناطق المنهارة منطقة إيقاظ تتسم بزيادة كثافة الاضطراب، ويمكن أن يؤدي ارتفاع الاضطرابات إلى زيادة الخلط بين الحرارة والرطوبة قرب المحاصيل، مما يؤدي أحيانا إلى تضاؤل فوائد سرعة الرياح المنخفضة، وفي المناخ القاحل، قد يؤدي الخلط المفرط في التوازن إلى زيادة الطلب على الطاقة والإجهاد المائي للمحاصيل، وعلى العكس من ذلك، يمكن في المناطق الرطبة أن يؤدي تحسين التهوية إلى الحد الأمثل من ضغط أمراض الاضطرابات.

إنشاء محاكاة في مركز حماية البيئة في مؤسسة ANSYS Fluent

3- إنشاء الجيولوجيا وحجم دومان

وينبغي أن يمتد نطاق الحاسوب إلى ما يكفي من التقلبات (من 5 إلى 10 حاء) وإلى الأسفل (30 إلى 50 حاء) لتجنب التدخل من الحدود الداخلية والمخارجية، كما أن الريح نفسه يمثل منطقة مخروطة رقيقة أو كهيكل صلب صريح يعتمد على مسامعها، وبالنسبة لتفريغات الريح، كثيرا ما يُصاغ صف الرياح كوسيط مخروط مع معامل محصولية وملامح.

شروط الحدود

ويطبق عادة وضع حد سريع مع صورة رياحية متحركة (على أساس التقلب السطحي المتصاعد) ويُحدَّد منفذ للضغط (الضغط النسبي = صفر) ويمكن أن تكون الحدود القصوى والجانبية متماثلة أو جدران ذات ظروف زلة، بما يكفل أن يكون المجال واسعا بما فيه الكفاية بحيث لا تؤثر هذه الحدود على التدفق قرب الريح.

Meshing Strategies for Accuracy and Efficiency

ومن الضروري توفير مشهد عال من أجل الحصول على درجات الحرارة والاضطرابات بالقرب من مهب الريح والمحاصيل، ومن المستصوب استخدام مشهد مائي مهيكل في الميدان البعيد وميوش غير مهيكل أو متعدد الأبعاد بالقرب من الجيولوجيات المعقدة، إضافة طبقات التضخم (طبقات التفريغ) إلى مضمار الريح السفلية 1 لحل الاضطرابات الريحية المتدنية.

اختيار نموذج توربلنس

وكثيرا ما يستخدم النموذج الموحد (Ke-e) الذي يُعزز من المعالجة الجدارية في قوته وفي تكلفة حاسبية منخفضة نسبيا، رغم أنه قد يكون هناك خلط بين المضطربين في أعقاب ذلك، ويوفر نموذج " KAN-HEST " تحسين الدقة فيما يتعلق بالتدفقات المنفصلة ومستويات الضغط المعاكسة، وهو خيار شائع في عمليات المحاكاة في مجال الريح، وبالنسبة للبحوث التي تتطلب نماذج محاكاة عالية الجودة، أو " DD " .

نمذجة كروبس و كانوبي

ويمكن معالجة المحصول نفسه على أنه وسيط مخروط أو كعنصر تقريبي إضافي، وبالنسبة للمحاصيل الموحدة، يتم تنفيذ جر الكانوبية عن طريق فترة مصدر في معادلة الزخم، مع معامل للجرار وكثافة مناطق الورق استنادا إلى نوع المحاصيل والمرحلة التي بلغها النمو، وتُدرج الفلور المميتة وتدفقات البخار المائية من المحاصيل من خلال الأنواع ومصطلحات مصادر الطاقة، التي تربط بين الفسيولوجيا المحصولية.

Solver Settings and Convergence Criteria

ويُعالج الانقلاب بين الضغط والضغط مع نظام SIMPLE أو المذيب المزدوج، أما بالنسبة للتدفقات التي تحركها الطفافات (مثلاً في ظروف النوم المستقرة)، فيوصى بتفريق الضغط الموزَّع على الجسم، ويُحكم على التقارب برصد المخلفات (من 1 إلى 10 إلى 4 للاستمرارية، ومن 1 إلى 10 مقابل الطاقة) ومن خلال ضمان أن تكون الكميات المتكاملة من مجموع التدفقات من خارج النطاق الكلي.

محاكاة آثار الكائنات الدقيقة: درجة الحرارة والهضم

2 - الطاقة والنوع

وبغية تحفيز كيفية تعديل مفرق الريح المحلية، يجب حل معادلة الطاقة ومعادلة نقل الأنواع (لتركيب بخار الماء) مع ميدان التدفق، وتُخصص مصادر حرارة ورطوبة مناسبة تستند إلى الإشعاع الصافي، وتدفق حرارة التربة، ونماذج الارتعاش في البخار، وتسمح شركة ANSYS Fluent بحساب وظائف محددة للمستعملين (UDFs).

نموذج الإشعاع

ويشمل نموذج الإشعاع الشمسي في فلورنت مكونات مباشرة وموزعة، مع آثار مظلة ومظلة من كسر الرياح، كما تحدد قيم البدو والمساحة للتربة والمحاصيل ومواد الريح، ويمكن تنفيذ تصاعد الإشعاع من خلال الصبغة (قانون بير) بواسطة الديوكس، ونموذج الإشعاع السليم أمر حاسم لأن تحطيم الريح يغير التوازن الإشعاعي الصافي في سطح المحاصيل، مما يؤثر على الازدهار.

عملية التبخير والتحليق في الغلاف الجوي

أما نقل بخار المياه من قفص المحصول فيتم على شكل تدفق سطحي موحد أو من خلال نموذج متعدد الأطياف أكثر تفصيلاً، يتفاوت بين تبخر التربة وتحول النباتات، ويحد من الريح من العجز في ضغط البخار قرب الإجازات، وذلك بتقليل سرعة الرياح وتغير درجة الحرارة الجوية، مما يؤثر بدوره على سلوكيات الارتحال.

تحليل نتائج المحاكاة

مناطق الحفظ ومواقع الناقلات

وتكشف عملية التجهيز في منطقة المحيط الهادئ (أو منطقة المحيط الهادئ) عن مدى المنطقة المأهولة، وتظهر مؤامرة من الحجم المتوسط السرعة المنطقة ذات الشكل العشبي ذات السرعة المنخفضة، حيث تبرز قطع المحرك منطقة التطهير خلفها مباشرة كثيفة الرياح، وتزداد سرعة التعافي التدريجي لسرعة الرياح إلى حد أبعد.

توزيع الضغط والتسلح

إن انخفاض الضغط عبر الريح هو مقياس مباشر لسحبه، إذ تساعد مواسير الطاقة الحركية في تحديد مناطق الخلط المرتفع، فعلى سبيل المثال، قد ينتج تحطيم الرياح مع انخفاض درجة الشرف (السحب العالي) طبقة ضوئية قوية فوق الحاجز، مما يؤدي إلى حدوث اضطرابات تنموية، وعلى العكس من ذلك، فإن حدوث تحطيم مفاجئ كبير قد يؤدي إلى انخفاض في الناتج.

خرائط التدرج والهضم

إن ظروف درجات الحرارة الجوية والرطوبة المحددة في ارتفاع المحاصيل توفر نظرة مباشرة إلى تغير المناخ الجزئي، وفي العديد من المحاكاة، تظهر المنطقة المأهولة درجات حرارة يومية أعلى (تمثل في خفض التبريد الميسر) وارتفاع الرطوبة (تمثل في تقليل أسعار الصرف في الماء المضطرب) ويمكن أن تكون هذه التغيرات مفيدة في المناخ المبرد (تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة) أو زيادة الإجهاد المناخي (في شكل خرائط).

Quantifying Crop Yield Impact via Microclimate Parameters

وفي حين أن الفيزيولوجيا الفيزيائية للمحاصيل لا تقوم على نحو مباشر، فإن المتغيرات المتغيرة الدقيقة - مثل متوسط سرعة الرياح، ودرجة الحرارة، والعجز في ضغط البخار - يمكن أن تكون مدخلا في نماذج المحاصيل التجريبية أو القائمة على العمليات - وعلى سبيل المثال، فإن تخفيض سرعة الرياح يقلل من الضرر الميكانيكي ومن خطر الحرق، بينما يمكن لزيادة الرطوبة أن تقلل من التحول وتحسن كفاءة استخدام المياه.

التقييم مع القياسات الميدانية

ويجب التحقق من صحة دراسات الديوكسينات المصدّقة في البيانات التجريبية، وتشمل القياسات المشتركة للتحقق من سرعة الرياح التي تقاس بمسافات متناهية الصغر متعددة، فضلا عن بيانات درجة حرارة الهواء والرطوبة من محطات الطقس الآلية، ويتحقق اتفاق جيد بين الملامح المحاكاة والمقاسة (الهدف 10 في المائة من الحد الأقصى للسرعة) عندما تكون ظروف الاختراق الريحي والحدود النيك دقيقة.

دراسات الحالة والتطبيقات العملية

Windbreaks in Arid and Semi‐Arid Regions

وفي الأراضي الجافة، يشكل تآكل الرياح والإجهاد المائي قيوداً كبيرة، وقد أظهرت دراسات الاضطرابات في منطقة الساحل والبلاين الكبرى أن عمليات الريح التي تُعد مساحات تتراوح بين 40 و50 في المائة يمكن أن تقلل سرعة الرياح بنسبة 40 إلى 60 في المائة عن مسافة 10 هاء، وتتناقص تآكل التربة وفقدان المياه المتناظرة، وتشير المحاكاة أيضاً إلى أن الجمع بين الريح وبين التشويش أو الحراثة الحفظ يؤدي إلى زيادة تحسين الاستب.

فوز للمحاصيل الثورتي الثقافية

In high highlyvalue horticulture (e.g., vineyards, orchards), windbreaks are used to reduce fruit damage and improve spray coverage. CFD simulations can predict how windbreaks affect the deposition of agrochemicals by altering air flow patterns. A study by ]endalew et al. (2019)[FLT: spray1]

مقارنة مختلف مواد الكسر

(أ) الريح الطبيعية (الطبيعية) والبلاستيكية (الطازجة والبلاستيكية) تختلف خصائصها الهوائية والحرارية، وتسمح هذه المبيدات بإجراء مقارنة مباشرة: توفر قنابل شجرة مخرفة خفضاً تدريجياً للريح وتولد اضطراباً أقل من السياج الصلب، بينما يؤدي السياج الصلب إلى إنشاء منطقة اعادة تشكيل قوية قد تسبب تجمعاً جوياً بارداً في ليال هادئة.

حدود وتحديات محاكاة الصندوق المركزي لمواجهة الكوارث

التكلفة والتبسيط الحاسوبيان

وقد تتطلب محاكاة نظام توجيهي عالي الاستبانة 3D من حقل كامل يتكون من عدة ريح، آلاف الساعات الأساسية والذاكرة التي تتجاوز قدرات التشغيل النموذجية، ولذلك فإن معظم الدراسات العملية تعتمد على نماذج نظام إدارة الموارد البشرية، التي قد تسهل قذف الطلقات العابرة التي تؤثر على الميكروفون القريب من الغلاف الجوي، إضافة إلى أن افتراض الاستقرار المحايد في الغلاف الجوي هو نماذج مشتركة، ولكن مستقرة أو غير مستقرة ينبغي أن تؤدي إلى تغيير كبير في فعالية عمليات التفكك.

عدم اليقين في البارامترات في المدخلات

وكثيرا ما تقدر المواهب الخفيفة، والكثافة في منطقة الورق، ومعامل الجر من قيم الأدب، ولكن القيم الفعلية تختلف باختلاف الأنواع والموسم والإدارة، وقد أظهرت تحليلات الحساسية في مركز التنمية الحرجية الدولية أن تغييرا في مجال الشرف بنسبة 10 في المائة يمكن أن يغير إلى حد أدنى من المنطقة المأهولة بما يصل إلى 2 حاء.

الارتفاع من المحاكاة إلى الميدان الحقيقي

ومعظم نماذج محاكاة الديوكسينات المميتة التي تشكل جزءا من الميدان يتألف من ثنائي أو ثلاثة أجزاء صغيرة من المناطق الريفية، وتتمتع الحقول الحقيقية بحدود غير نظامية، وتضاريس، ورياح غير موحدة، ويمكن أن تهيمن آثار الازدحام وعناصر الرياح الأفقية على أنماط التدفق غير المأخوذة في مجال دوري أو متماثل، وتتطلب النتائج الاستقراء الحذر، كما تتطلب مجموعة من المحاكاة تشمل الاتجاهات والسرعة النموذجية للريح.

الاتجاهات المستقبلية والتكامل مع الزراعة الدقيقة

Coupling CFD with Crop Growth Models

ويظهر الانقسام المباشر لنواتج الـ ديوان الـمُـنـزون المُـنـزَـَـفـَـة ذات النمـو الدائـم (مثلاً، من خلال المحاكاة المشتركة) كأداة قوية، فعلى سبيل المثال، يمكن نقل الحقول المجهرية اليومية من الملوِّثات المُنتَجة إلى محاكاة نمو المحاصيل مثل نظام ستيك إس أو APSIM للتنبؤ بخرائط، وهذا النهج يسمح بتصميم على الوجه الأمثل لتصميمات.

استخدام التعلم في مجال التصميم على الوجه الأمثل

وتولد محاكاة الديوكسينات مجموعة بيانات كبيرة يمكن استخدامها لتدريب نماذج بديلة (الشبكات العصبية أو العمليات الغوسية) من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل للتصميم في الوقت الحقيقي، ويمكن لمصمم الريح أن يحدد نوع المحاصيل، والمناخ الريحي، والسرعة القصوى المسموح بها للريح، ويعود النموذج البديل فورا إلى أفضل المسامعة والطول والتسارع، مما سيقلل بدرجة كبيرة من عدد عمليات الدعم الميداني الباهظة.

رصد الزمن الحقيقي وكسب الكسب الفائت

فالتقدم في مجال الطاقة الكهربائية والزراعية الذكية يفتحان إمكانية تكييف الريح - على سبيل المثال، السياج المخروط الذي يمكن تغيير فتحاته على أساس سرعة الرياح وظروف المحاصيل في الوقت الحقيقي، ويمكن أن يُسترشد في محاكاة هذه العجلات بمقياس التحكم عن طريق التبكير في التأثيرات المتناهية الصغر للتشكيلات المختلفة، مما يتيح إقامة نظام مغلق يُفضي إلى التأثير على المأوى بصورة دينامية.

خاتمة

فالتحفيزات التي تجريها المؤسسة باستخدام ثروات الشبكة العالمية لسواتل الملاحة توفر إطاراً كمياً صارماً لفهم وفهم أثر الريح على غلة المحاصيل وصغر الحجم، ومن المبادئ الأساسية للطبيعة إلى نقل الطاقة المصاحبة، تتيح المنهجية للباحثين والمهندسين الزراعيين إمكانية اختبار سيناريوهات التصميم غير العملية أو الباهظة التكلفة في الميدان، مما يؤدي إلى زيادة القدرة على تحمل الإجهاد الناجم عن زراعة الريح والآلات.