林分生长是一个复杂的生理生态过程,受气候、地形等环境因素的制约。利用完善的生长模型可以对森林动态发展模式,即预测森林变化规律有更深入的了解,为合理经营森林提供理论基础、操作依据和量化信息,同时对进行林分结构与生长的可视化模拟也有着重要意义。本文以杉木为研究对象,综合考虑环境、树木冠形以及邻体竞争对生长的影响,利用生物量的生产及生物量在各器官上的分配建立杉木的生理生态模型,进行杉木的生长预测;建立基于林木生理生态模型的林分生长可视化子模块。本文建立的可视化子模块得到了较好的模拟效果,为研究冠形的生理生态生长交互机制提供了有效的技术方法。主要内容和结论如下:(1)通过建立冠形曲线以及树冠大小的预测模型得到冠形建模:基于分段幂函数方程先设定原始林木树冠纵切面轮廓,并建立冠形指数与林木年龄、树高以及冠幅之间的回归模型;以林木大小因子胸径、树高以及林木竞争因子简单竞争指数、开阔比数作为自变量,建立冠幅、冠长、冠高的预测模型。进行变量筛选时,得到最佳的变量组合,冠幅、冠长、冠高最优模型的R2分别为0.799、0.805、0.710。(2)改进3-PG过程模型,使之能适用于单株木的机理生长,从冠形和树冠竞争两个方面探讨和分析林木生长。通过考虑林木竞争和改进过程模型,建立了综合林木冠形、环境及其相互之间作用的生理生态生长模型,并选择了胸径和树高生长量2个指标与实测值对比分析,结果表明:改进模型对胸径和树高生长量的模拟平均精度分别为95.57%和91.16%,均明显高于3-PG模型,说明改进模型的模拟精度显著提高,模拟效果更好。(3)利用建立的过程模型,针对环境与冠形结构的交互作用机制,实现单株木生长动态的可视化模拟。采用自下而上即从单木到林分水平的方法,采用DirectX技术开发林分生长可视化模拟模块,实现杉木林分生长动态的可视化模拟。最后利用模块开展黄丰桥林场杉木样地的生长可视化模拟实验研究。