树液溢出冻融过程的多尺度模型
生物物理
2015-09-22 v1
摘要
树木中的树液输运长期以来令科学家着迷，关于生长季节树木的实验和建模研究文献浩繁，此时叶片蒸腾产生大的负茎压。较少受到关注的是冬季月份，树木大多休眠但仍表现出有趣的流动行为。一个典型例子是树液溢出，指的是糖枫（Acer saccharum）及相关物种在落叶状态下产生正茎压的奇特能力。实验表明，在观察到显著升高的茎压之前，环境温度必须围绕冰点振荡，但溢出的确切原因仍未解决。主流假说将溢出归因于结合冻融和渗透的物理过程，这得到一些实验研究的支持，但仍是积极争论的课题。我们通过建立首个针对溢出的数学模型来弥补这一知识空白，同时对该假说进行了若干必要修正。我们推导了一个多尺度模型，由控制木细胞内相变和输运的非线性微分方程组，耦合到宏观尺度上适当均匀化的温度方程构成。数值模拟给出的茎压与实验一致，并提供了令人信服的证据，表明纯物理机制能够捕捉溢出现象。
引用
@article{arxiv.1509.05924,
title = {Multiscale model of a freeze-thaw process for tree sap exudation},
author = {Isabell Graf and Maurizio Ceseri and John M. Stockie},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.05924},
year = {2015}
}