基于日照需求的熱帶城市行道樹(shù)的配置——以?？谑袨槔?br/>

汪 麗，康梓杭，吳慶書

(海南大學(xué) 林學(xué)院， ?？?570228)

道路綠化在城市綠色空間(UGS)中扮演著重要的角色，種植科學(xué)的行道樹(shù)不僅具有突出的生態(tài)保護(hù)功能，而且還能抵御城市極端小氣候與改善行人的身心健康等[1]。熱帶地區(qū)緯度低，地處赤道兩側(cè)，常年氣候炎熱，城市道路行道樹(shù)的選擇需要充分考慮氣候因素，日照是熱帶地區(qū)最重要的氣候因素之一，?？谑械靥師釒П本?，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，日照輻射大，行道樹(shù)的生長(zhǎng)受日照因素的影響到較大。目前，對(duì)城市行道樹(shù)的研究主要集中在群落結(jié)構(gòu)、景觀評(píng)價(jià)、生物多樣性等方面[2-4]，而對(duì)行道樹(shù)的日照因素研究較少。因此，筆者選擇海口市建成區(qū)10條典型性道路進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，結(jié)合SketchUp軟件輔助模擬，探討熱帶城市行道樹(shù)日照時(shí)間差異情況，提出基于日照分析的道路行道樹(shù)選擇策略，旨在為科學(xué)合理地設(shè)計(jì)種植行道樹(shù)提供指導(dǎo)。

1 調(diào)查地概況及研究方法

1.1 研究地概況?？谑形挥谖覈?guó)海南島的北部，地處低緯度熱帶北緣，屬于季風(fēng)性熱帶氣候區(qū)，日照時(shí)間較長(zhǎng)，年平均日照時(shí)數(shù)高達(dá)2 210 h,日輻射量較大，可達(dá)到11～12萬(wàn)卡，有效積溫高。夏長(zhǎng)冬短，歷年未見(jiàn)霜雪，夏秋雷暴多；年均受影響的臺(tái)風(fēng)5.5個(gè)(次)，其中，12級(jí)以上的臺(tái)風(fēng)2～4個(gè)(次)，每年4～10月是臺(tái)風(fēng)活躍季節(jié)[5]。

1.2 實(shí)地調(diào)研法通過(guò)前期考察，從?？谑薪ǔ蓞^(qū)選取10條典型且具有代表性的道路進(jìn)行實(shí)地調(diào)查(行道樹(shù)種植3年以上、近期無(wú)重大修剪、分布相對(duì)均勻)。調(diào)查時(shí)間為2018年8-12月，測(cè)量的內(nèi)容包括道路的方向，斷面類型、道路兩側(cè)建筑高度，行道樹(shù)的類型、胸徑、冠幅以及行道樹(shù)的高度，并且拍攝現(xiàn)狀圖片，手繪現(xiàn)狀斷面圖。

1.3 SU軟件輔助模擬分析應(yīng)用SketchUp軟件，采用建筑行業(yè)常用的方法—計(jì)算機(jī)輔助日照設(shè)計(jì)，對(duì)調(diào)研的路段建立簡(jiǎn)化模型，模擬大寒日日照情況[6]，分析建筑陰影對(duì)行道樹(shù)不同時(shí)刻產(chǎn)生的影響差異。

1.4 日照分析原理日照分析需參考太陽(yáng)的相對(duì)位置，其中，太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角是2個(gè)主要參數(shù)[7-8]。根據(jù)日照原理，太陽(yáng)高度角hs公式為

sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ，

式中：hs為太陽(yáng)高度角；φ為所在地區(qū)的地理緯度；δ為太陽(yáng)赤緯角；Ω為太陽(yáng)時(shí)角。

太陽(yáng)方位角As的計(jì)算公式為

cosAs=(sinhssinφ-sinδ)/coshscosφ，

太陽(yáng)時(shí)角Ω與當(dāng)?shù)貢r(shí)間(即真太陽(yáng)時(shí))的關(guān)系為

Ω=15×(t-12)，

式中：t為當(dāng)?shù)貢r(shí)間(真太陽(yáng)時(shí))，以24 h計(jì)算；Ω為太陽(yáng)時(shí)角，太陽(yáng)時(shí)角是時(shí)間的表達(dá)式，用角度測(cè)量來(lái)表示，通常是從太陽(yáng)正午算起的度數(shù)。太陽(yáng)正午時(shí)角為0度，太陽(yáng)正午前的時(shí)間為負(fù)度，太陽(yáng)正午后的當(dāng)?shù)貢r(shí)間為正度[9]。

?？趯贃|八區(qū)，采用北京時(shí)間，真太陽(yáng)時(shí)t=北京時(shí)間+時(shí)差，時(shí)差=(120°-當(dāng)?shù)亟?jīng)度)/15°。

在日照分析中，由于以日照時(shí)數(shù)便于直觀了解，我國(guó)的日照標(biāo)準(zhǔn)便以日照時(shí)間來(lái)衡量。

日照的時(shí)間隨季節(jié)的變化而不同，植物的長(zhǎng)勢(shì)與日照時(shí)長(zhǎng)有直接關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，光照時(shí)間增長(zhǎng)，光合作用產(chǎn)物越多，植物生長(zhǎng)越旺盛，反之則相反，具體視植物的樹(shù)種決定[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 ?？谑行械罉?shù)基本情況?？谑兄饕缆芳s183條，行道樹(shù)37種，隸屬于17科30屬。其中，骨干樹(shù)種14種：椰子(Cocosnucifera)、紫檀(Pterocarpusindicus)、小葉榕(Ficusbenjamina)、非洲楝(Khayasenegalensis)、高山榕(Ficusaltissima)、羊蹄甲(Bauhiniapurpurea)、秋楓(Bischofiajavanica)、洋葡桃(Syzygiumsamarangense)、木棉(Bombaxmalabaricum)、王棕(Roystonearegia)、大葉桃花心木(Swieteniamacrophylla)、海南紅豆(Ormosiapinnata)、欖仁樹(shù)(Terminaliacatappa)。10條樣本道路見(jiàn)圖1。

2.2 道路行道樹(shù)日照時(shí)間分析通過(guò)對(duì)道路樣段的調(diào)查，結(jié)合百度實(shí)景地圖，將道路兩側(cè)建筑物簡(jiǎn)化處理成塊，行道樹(shù)簡(jiǎn)化成球體。在Sketchup軟件中建立模型，利用日照大師插件對(duì)行道樹(shù)進(jìn)行日照計(jì)算。參數(shù)地理位置設(shè)置為海口(N110°19′，E20°1′)，選擇大寒日作為日照標(biāo)準(zhǔn)日，日照掃掠角12度，采樣點(diǎn)間距2 m，時(shí)間間隔為8 min。最終將日照時(shí)數(shù)形成顏色不同的熱圖，顏色從紅色漸變?yōu)樗{(lán)色(圖2)，從低到高分別為0～1，1～2，2～3，3～4，4～5，5～6，6～7，7～8 h。

2.2.1 南北向道路行道樹(shù)日照時(shí)間分析從表1可以看出，在所選的南北向5條道路中，道路東側(cè)與西側(cè)同種行道樹(shù)的冠幅、樹(shù)高差異不明顯，東側(cè)與西側(cè)最多所受日照數(shù)、東側(cè)與西側(cè)最少所受日照數(shù)差異也不明顯,且相同樹(shù)種的行道樹(shù)，其樹(shù)高與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)。

表1 南北向道路行道樹(shù)日照時(shí)間計(jì)算結(jié)果

2.2.2 東西向道路行道樹(shù)日照時(shí)間分析從表2可以看出，在東西向5條道路中，道路南側(cè)與道路北側(cè)行道樹(shù)數(shù)據(jù)有明顯不同。高登西街、金貿(mào)中路、金龍路、海賢路和五西路的行道樹(shù)(不含五西路的大葉欖仁Terminaliacatappa和小葉欖仁Terminaliamantaly)，北側(cè)行道樹(shù)冠幅與樹(shù)高均大于南側(cè)冠幅和樹(shù)高，北側(cè)最多受日照時(shí)數(shù)(7～8 h)也均大于南側(cè)最多受日照時(shí)數(shù)(6～7 h)。五西路的蒲葵Livistonachinensis所有測(cè)量數(shù)值南北側(cè)基本無(wú)差異。

表2 東西向道路行道樹(shù)日照時(shí)間計(jì)算結(jié)果

2.3 ?？谑行械罉?shù)日照分析簡(jiǎn)化模型通過(guò)對(duì)海口市城市道路的調(diào)研分析，行道樹(shù)日照分析涉及3個(gè)指標(biāo)，分別是行道樹(shù)高度h，道路寬度D，道路兩側(cè)的建筑物高度H。將行道樹(shù)的高度h設(shè)置為3個(gè)等級(jí)(8，16，24 m)。道路寬度D設(shè)置為3個(gè)等級(jí)(20，30，50 m)，道路兩側(cè)的建筑物高度H設(shè)置為3個(gè)等級(jí)(17.5 m，5層；52.5 m，15層；87.5 m，25層)，每層按3.5 m計(jì)算。控制變量分別制作簡(jiǎn)化模型進(jìn)行日照分析。

2.3.1 海口市南北向道路行道樹(shù)日照時(shí)間的簡(jiǎn)化模型經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，將樣地道路分為南北方向，并建立模型(圖3-6)。

圖3 南北向道路行道樹(shù)的日照時(shí)間 圖4 南北向道路的斷面圖

Fig. 3 Sunshine duration diagram for the street trees along the north-south road Fig.4 Section of north-south roads

圖5 東西向道路行道樹(shù)的日照時(shí)間 圖6 南北向道路的斷面圖

Fig.5 Sunshine duration of the street trees along the east-west roads Fig.6 Sections of the east-west roads

圖7 南北向道路行道樹(shù)的日照分析模型

從圖7中可以看到，對(duì)于南北向的道路，兩側(cè)的建筑物高度H相同時(shí)，其道路行道樹(shù)光照時(shí)間相同。在道路寬度D保持恒定時(shí)，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨行道樹(shù)的高度h的增加而增加，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨道路兩側(cè)的建筑物高度H的增加而減少。當(dāng)行道樹(shù)的高度h保持恒定時(shí)，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨道路寬度D的增加而增加，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨道路兩側(cè)的建筑物高度H的增加而減少。當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)的建筑物高度H保持恒定時(shí)，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨道路寬度D的增加而增加，道路行道樹(shù)光照時(shí)間隨行道樹(shù)的高度h的增加而增加。

2.3.2 ?？谑袞|西向道路行道樹(shù)日照時(shí)間的簡(jiǎn)化模型從圖8中可以看到，對(duì)于東西向的道路，兩側(cè)的建筑物高度H相同時(shí)，其南北側(cè)行道樹(shù)日照時(shí)間有明顯不同，基本上呈現(xiàn)北多南少的情況，南側(cè)行道樹(shù)光照時(shí)間不佳，甚至出現(xiàn)無(wú)有效光照時(shí)間的情況。南北側(cè)差異的具體情況仍與道樹(shù)的高度h和道路寬度D有關(guān)。行道樹(shù)光照時(shí)間與南北向道路規(guī)律基本一致。

圖8 東西向道路行道樹(shù)日照分析模型圖

2.4 日照分析主要特點(diǎn)對(duì)海口市的道路進(jìn)行調(diào)研分析，通過(guò)建模日照分析，可以得知如下結(jié)論：

1)南北走向道路行道樹(shù)接受日照時(shí)間東側(cè)與西側(cè)基本沒(méi)有差異。建筑物的高度與行道樹(shù)的高度對(duì)行道樹(shù)受日照時(shí)間影響較大，而道路的寬度對(duì)行道樹(shù)受日照時(shí)間基本沒(méi)有影響。

2)東西走向道路的行道樹(shù)受日照時(shí)間，北側(cè)行道樹(shù)比南側(cè)行道樹(shù)受日照時(shí)間長(zhǎng)。建筑物的高度、行道樹(shù)高度道路的寬度對(duì)行道樹(shù)的受日照時(shí)間有明顯的影響。

3 熱帶地區(qū)城市道路行道樹(shù)配置建議

經(jīng)過(guò)對(duì)?？谑械缆沸械罉?shù)的實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于道路兩側(cè)行道樹(shù)受日照時(shí)間不同，產(chǎn)生了兩側(cè)行道樹(shù)生長(zhǎng)有差異的情況。因此，對(duì)熱帶地區(qū)的行道樹(shù)配置，不能僅僅從城市大氣候，道路土壤基礎(chǔ)條件等方面考慮，還應(yīng)該考慮行道樹(shù)的日照時(shí)間。

3.1 南北走向道路在同等情況下，南北向道路兩側(cè)行道樹(shù)光照時(shí)間基本相同，道路寬度對(duì)其影響不大。在兩側(cè)建筑物高度不高的情況下，行道樹(shù)受光照時(shí)間較長(zhǎng)，行道樹(shù)應(yīng)選擇遮陰，植株體量較大的樹(shù)種(如小葉榕，大葉榕，垂葉榕，秋楓等)。在兩側(cè)建筑物高度較高的情況下，行道樹(shù)光照時(shí)間較短，行道樹(shù)宜選擇體量較小的樹(shù)種(如羊蹄甲、假蘋婆、菠蘿蜜、小葉欖仁等)，避免對(duì)低樓層住戶的采光造成影響。

3.2 東西走向道路在同等情況下，東西向道路兩側(cè)行道光照時(shí)間相差較大?？傮w來(lái)說(shuō)南側(cè)行道樹(shù)光照時(shí)間一般少于北側(cè)行道樹(shù)，因此，北側(cè)行道樹(shù)應(yīng)采用大體量遮陰樹(shù)種(如小葉榕、高山榕、秋楓、盆架木、木棉等)；南側(cè)行道樹(shù)宜選擇體量較小的樹(shù)種(如羊蹄甲、假蘋婆、菠蘿蜜等)。

在道路寬度較窄，兩側(cè)建筑物較高的道路，適宜單側(cè)種植行道樹(shù)，或種植耐蔭花灌木(如光葉子花Bougainvilleaglabra、基及樹(shù)Carmonamicrophylla、非洲茉莉Fagraeaceilanica等)。

4 結(jié)束語(yǔ)

?？谑械靥幬覈?guó)“臺(tái)風(fēng)走廊”，因此，在城市道路行道樹(shù)的配置過(guò)程中，還應(yīng)考慮行道樹(shù)的抗風(fēng)性與冠幅與林蔭空間三者之間的關(guān)系[11]。城市道路綠化作為城市道路景觀、城市綠化系統(tǒng)的重要組成部分，在保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、美化城市、塑造城市形象等方面有著極其重要的作用。道路綠化想要在城市綠色空間(UGS)中扮演好其重要角色，城市道路綠化設(shè)計(jì)就顯得很重要，它應(yīng)滿足各方面的需求。然而城市環(huán)境復(fù)雜、多元，對(duì)設(shè)計(jì)造成了不同程度的困難。?？谑凶鳛槲覈?guó)重要熱帶濱海的城市，道路綠化設(shè)計(jì)需要采用更多的設(shè)計(jì)“支點(diǎn)”。根據(jù)熱帶地區(qū)的特點(diǎn)從日照分析來(lái)切入道路綠化設(shè)計(jì)新視角，只是一個(gè)初步的嘗試，今后還有待更深入、細(xì)致的探索。