東北地區(qū)城市街谷日照條件分析及綠化樹種選擇

趙彥博 孫明陽,2

（1.吉林建筑大學藝術(shù)設計學院，吉林長春 130118；2.中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春 130102）

街道峽谷（簡稱街谷）是指兩側(cè)都有連續(xù)高大建筑物的相對狹長的街道，是城市下墊面的一種基本空間形式[1]。隨著我國城市化進程加快，城市街路的峽谷效應越來越顯著。同一地理位置，由于建筑高度、大小、布局以及街道寬窄和方向的不同，路面日照輻射不均衡，即使同一條街道其兩側(cè)的輻射也會有很大差異[2]。東北地區(qū)緯度偏高，太陽高度角小，建筑陰影面積大，街谷內(nèi)光照不足，難以滿足綠化植物的光照需求。

本文以東北三省省會城市為樣地，利用ECOTECT軟件進行光合有效輻射分析，模擬輻射的分布狀況，確定光照因子分區(qū)，并依據(jù)耐陰性推薦街谷綠化樹種。研究成果將直接指導東北地區(qū)城市道路綠化設計，有效提升城市生態(tài)環(huán)境建設水平。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 東北地區(qū)自南向北跨中溫帶與寒溫帶，屬溫帶季風氣候，四季分明，夏季溫熱多雨，最高溫度30℃左右，冬季寒冷干燥，最低溫度-30℃左右。自東南而西北，年降水量自1 000 mm降至300 mm以下，從濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)過渡到半干旱區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理 從ECOTECT軟件自帶的《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中獲取數(shù)據(jù)。這套數(shù)據(jù)由清華大學和中國氣象局合作開發(fā)，包括全國270個臺站的建筑熱環(huán)境，分析專用氣象數(shù)據(jù)，具有較高的權(quán)威性[3]。

此外，根據(jù)現(xiàn)場勘查，把三地的街谷按照高寬比（H/W）分為三個類型，即常規(guī)街谷（H/W≈1）、寬街谷（0.5≤H/W＜1）和深街谷（1＜H/W≤1.5）。街谷的走向分為四個類型，即東西走向、東北-西南走向、南北走向、西北-東南走向。

1.3 日照分析法

1.3.1 日照分析時間的設定 考慮到日照強度的年變化和日變化以及植物在一年中生長狀況的差異，以冬至、春秋分、夏至的日照投影進行疊加分析的方法顯然不夠科學[4-5]。因此，引入了光合有效輻射的概念。光合有效輻射（Photosynthetically Active Radiation）是指能被綠色植物利用來進行光合作用的部分輻射能，是形成生物量的基本能量來源[6]。日照分析的時間即為光合有效輻射的時間，即每年場地中植物生命活動較為活躍的3月1日-10月31日以及每天光照強度對植物有影響的9：00—17：00。

1.3.2 日照分析方法步驟 （1）建立街谷簡易模型：街谷寬W=50 m，高H分別為25 m、50 m和100 m（對應寬街谷、常規(guī)街谷和深街谷），建筑長150 m。

（2）分析網(wǎng)格的設置：在ECOTECT軟件中繪制分析網(wǎng)格，網(wǎng)格邊界略大于建筑場地，每個小網(wǎng)格代表實際尺寸為5m×5 m。

（3）載入氣象數(shù)據(jù)：分別載入哈爾濱、長春、沈陽三地的氣象數(shù)據(jù)。

（4）光合有效輻射分析：執(zhí)行ECOTECT軟件日照分析命令，選擇“天空系數(shù)和光合有效輻射（PAR）”選項，開始自行運算。

1.3.3 街谷內(nèi)光照因子分區(qū) 利用計算機模擬得出，三地區(qū)在設定期間內(nèi)的日平均光合有效輻射值均約為5.4 MJ/m2，陽性植物需光量一般為全日照的70%以上，因此光合有效輻射大于3.8 MJ/m2的區(qū)域為陽生區(qū)；陰生植物需光量為全日照的5%～20%，對應的光合有效輻射量小于1.1 MJ/m2的區(qū)域為陰生區(qū)；耐陰植物對光的適應范圍較大，介于陽生植物和陰生植物之間，因此耐陰植物對光合有效輻射為1.1～3.8 MJ/m2，為半陰區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合有效輻射模擬結(jié)果 利用計算機模擬三地街谷中的日平均光合有效輻射。以長春市為例，其模擬結(jié)果見圖1。街谷內(nèi)日平均光合有效輻射值為0.4～5.4 MJ/m2，相鄰梯度差為0.5 MJ/m2。

圖1 長春地區(qū)街谷內(nèi)光合有效輻射模擬

2.2 光照因子分區(qū) 由于中午12：00前后的太陽光照強度不同，下午太陽偏西時的光合有效輻射值要高一些，經(jīng)過模擬分析得出，街谷內(nèi)輻射值最少時的街谷走向為東西走向且順時針旋轉(zhuǎn)15°，其他街谷走向同理。哈爾濱、長春、沈陽三地街谷的光合有效輻射的分布差異很小，忽略不計。依照街谷內(nèi)光因子分區(qū)方法，得到的三地共同的光照因子分區(qū)見圖2?？梢钥闯?，在寬街谷內(nèi)，陽生區(qū)與半陰區(qū)各占路面寬度的一半；在常規(guī)街谷中，大部分路面為半陰區(qū)；在深街谷內(nèi)，半陰區(qū)與陰生區(qū)各占路面寬度的一半。

2.3 樹種的選擇 科學地選擇街谷綠化樹種需要掌握植物的耐陰性。城市環(huán)境中云霧較多，空氣污染嚴重，街谷內(nèi)的污染物質(zhì)更加不易擴散，在東北地區(qū)的冬季，空氣污染尤為嚴重。因此，街谷綠化樹種的選擇除了考慮植物的耐陰性以外，還要盡可能發(fā)揮植物凈化空氣的作用。有研究表明，即使在夏季，針葉樹的凈化能力也比闊葉樹要強[7-9]。因此，在東北地區(qū)的街谷綠化中，應盡可能選用針葉樹（見表1）。

圖2 不同走向街谷內(nèi)的光因子分區(qū)

表1 東北城市街谷綠化推薦樹種

3 結(jié)論與討論

東北地區(qū)城市街谷光照因子分區(qū)結(jié)果表明，寬街谷內(nèi)陽生區(qū)與半陰區(qū)各占一半，常規(guī)街谷內(nèi)絕大部分區(qū)域為半陰區(qū)，深街谷內(nèi)半陰區(qū)與陰生區(qū)各占一半。依據(jù)分區(qū)推薦了綠化樹種（見表1）。

街道峽谷是城市中心區(qū)域道路的主要特征，而樹木又是道路中最具生命力的基礎設施。在街谷綠化實踐中，科學考慮光照因子，對于提高園林綠化成效，充分發(fā)揮城市中心區(qū)域的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益具有重要作用和現(xiàn)實意義。

但是，在綠化實踐中，大部分確定耐陰性的標準只用來區(qū)別極耐陰樹種和極不耐陰樹種，而對中間大部分樹種的耐陰性能難以區(qū)分。目前還沒有直接有效的測定樹種耐陰性的方法，主要靠設計師的觀察及經(jīng)驗積累。