基于日照需求的熱帶城市行道樹的配置——以海口市為例

汪 麗，康梓杭，吳慶書

(海南大學 林學院， 海口 570228)

道路綠化在城市綠色空間(UGS)中扮演著重要的角色，種植科學的行道樹不僅具有突出的生態保護功能，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]。熱帶地區緯度低，地處赤道兩側，常年氣候炎熱，城市道路行道樹的選擇需要充分考慮氣候因素，日照是熱帶地區最重要的氣候因素之一，海口市地處熱帶北緣，日照時數長，日照輻射大，行道樹的生長受日照因素的影響到較大。目前，對城市行道樹的研究主要集中在群落結構、景觀評價、生物多樣性等方面[2-4]，而對行道樹的日照因素研究較少。因此，筆者選擇海口市建成區10條典型性道路進行實地調查，結合SketchUp軟件輔助模擬，探討熱帶城市行道樹日照時間差異情況，提出基于日照分析的道路行道樹選擇策略，旨在為科學合理地設計種植行道樹提供指導。

1 調查地概況及研究方法

1.1 研究地概況海口市位于我國海南島的北部，地處低緯度熱帶北緣，屬于季風性熱帶氣候區，日照時間較長，年平均日照時數高達2 210 h,日輻射量較大，可達到11～12萬卡，有效積溫高。夏長冬短，歷年未見霜雪，夏秋雷暴多；年均受影響的臺風5.5個(次)，其中，12級以上的臺風2～4個(次)，每年4～10月是臺風活躍季節[5]。

1.2 實地調研法通過前期考察，從海口市建成區選取10條典型且具有代表性的道路進行實地調查(行道樹種植3年以上、近期無重大修剪、分布相對均勻)。調查時間為2018年8-12月，測量的內容包括道路的方向，斷面類型、道路兩側建筑高度，行道樹的類型、胸徑、冠幅以及行道樹的高度，并且拍攝現狀圖片，手繪現狀斷面圖。

1.3 SU軟件輔助模擬分析應用SketchUp軟件，采用建筑行業常用的方法—計算機輔助日照設計，對調研的路段建立簡化模型，模擬大寒日日照情況[6]，分析建筑陰影對行道樹不同時刻產生的影響差異。

1.4 日照分析原理日照分析需參考太陽的相對位置，其中，太陽高度角和太陽方位角是2個主要參數[7-8]。根據日照原理，太陽高度角hs公式為

sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ，

式中：hs為太陽高度角；φ為所在地區的地理緯度；δ為太陽赤緯角；Ω為太陽時角。

太陽方位角As的計算公式為

cosAs=(sinhssinφ-sinδ)/coshscosφ，

太陽時角Ω與當地時間(即真太陽時)的關系為

Ω=15×(t-12)，

式中：t為當地時間(真太陽時)，以24 h計算；Ω為太陽時角，太陽時角是時間的表達式，用角度測量來表示，通常是從太陽正午算起的度數。太陽正午時角為0度，太陽正午前的時間為負度，太陽正午后的當地時間為正度[9]。

海口屬東八區，采用北京時間，真太陽時t=北京時間+時差，時差=(120°-當地經度)/15°。

在日照分析中，由于以日照時數便于直觀了解，我國的日照標準便以日照時間來衡量。

日照的時間隨季節的變化而不同，植物的長勢與日照時長有直接關系，一般來說，光照時間增長，光合作用產物越多，植物生長越旺盛，反之則相反，具體視植物的樹種決定[10]。

2 結果與分析

2.1 海口市行道樹基本情況海口市主要道路約183條，行道樹37種，隸屬于17科30屬。其中，骨干樹種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(Terminaliacatappa)。10條樣本道路見圖1。

2.2 道路行道樹日照時間分析通過對道路樣段的調查，結合百度實景地圖，將道路兩側建筑物簡化處理成塊，行道樹簡化成球體。在Sketchup軟件中建立模型，利用日照大師插件對行道樹進行日照計算。參數地理位置設置為海口(N110°19′，E20°1′)，選擇大寒日作為日照標準日，日照掃掠角12度，采樣點間距2 m，時間間隔為8 min。最終將日照時數形成顏色不同的熱圖，顏色從紅色漸變為藍色(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 南北向道路行道樹日照時間分析從表1可以看出，在所選的南北向5條道路中，道路東側與西側同種行道樹的冠幅、樹高差異不明顯，東側與西側最多所受日照數、東側與西側最少所受日照數差異也不明顯,且相同樹種的行道樹，其樹高與日照時數呈正相關。

表1 南北向道路行道樹日照時間計算結果

2.2.2 東西向道路行道樹日照時間分析從表2可以看出，在東西向5條道路中，道路南側與道路北側行道樹數據有明顯不同。高登西街、金貿中路、金龍路、海賢路和五西路的行道樹(不含五西路的大葉欖仁Terminaliacatappa和小葉欖仁Terminaliamantaly)，北側行道樹冠幅與樹高均大于南側冠幅和樹高，北側最多受日照時數(7～8 h)也均大于南側最多受日照時數(6～7 h)。五西路的蒲葵Livistonachinensis所有測量數值南北側基本無差異。

表2 東西向道路行道樹日照時間計算結果

2.3 海口市行道樹日照分析簡化模型通過對海口市城市道路的調研分析，行道樹日照分析涉及3個指標，分別是行道樹高度h，道路寬度D，道路兩側的建筑物高度H。將行道樹的高度h設置為3個等級(8，16，24 m)。道路寬度D設置為3個等級(20，30，50 m)，道路兩側的建筑物高度H設置為3個等級(17.5 m，5層；52.5 m，15層；87.5 m，25層)，每層按3.5 m計算。控制變量分別制作簡化模型進行日照分析。

2.3.1 海口市南北向道路行道樹日照時間的簡化模型經過現場調查和分析，將樣地道路分為南北方向，并建立模型(圖3-6)。

圖3 南北向道路行道樹的日照時間 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 東西向道路行道樹的日照時間 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 南北向道路行道樹的日照分析模型

從圖7中可以看到，對于南北向的道路，兩側的建筑物高度H相同時，其道路行道樹光照時間相同。在道路寬度D保持恒定時，道路行道樹光照時間隨行道樹的高度h的增加而增加，道路行道樹光照時間隨道路兩側的建筑物高度H的增加而減少。當行道樹的高度h保持恒定時，道路行道樹光照時間隨道路寬度D的增加而增加，道路行道樹光照時間隨道路兩側的建筑物高度H的增加而減少。當道路兩側的建筑物高度H保持恒定時，道路行道樹光照時間隨道路寬度D的增加而增加，道路行道樹光照時間隨行道樹的高度h的增加而增加。

2.3.2 海口市東西向道路行道樹日照時間的簡化模型從圖8中可以看到，對于東西向的道路，兩側的建筑物高度H相同時，其南北側行道樹日照時間有明顯不同，基本上呈現北多南少的情況，南側行道樹光照時間不佳，甚至出現無有效光照時間的情況。南北側差異的具體情況仍與道樹的高度h和道路寬度D有關。行道樹光照時間與南北向道路規律基本一致。

圖8 東西向道路行道樹日照分析模型圖

2.4 日照分析主要特點對海口市的道路進行調研分析，通過建模日照分析，可以得知如下結論：

1)南北走向道路行道樹接受日照時間東側與西側基本沒有差異。建筑物的高度與行道樹的高度對行道樹受日照時間影響較大，而道路的寬度對行道樹受日照時間基本沒有影響。

2)東西走向道路的行道樹受日照時間，北側行道樹比南側行道樹受日照時間長。建筑物的高度、行道樹高度道路的寬度對行道樹的受日照時間有明顯的影響。

3 熱帶地區城市道路行道樹配置建議

經過對海口市道路行道樹的實地調查，發現由于道路兩側行道樹受日照時間不同，產生了兩側行道樹生長有差異的情況。因此，對熱帶地區的行道樹配置，不能僅僅從城市大氣候，道路土壤基礎條件等方面考慮，還應該考慮行道樹的日照時間。

3.1 南北走向道路在同等情況下，南北向道路兩側行道樹光照時間基本相同，道路寬度對其影響不大。在兩側建筑物高度不高的情況下，行道樹受光照時間較長，行道樹應選擇遮陰，植株體量較大的樹種(如小葉榕，大葉榕，垂葉榕，秋楓等)。在兩側建筑物高度較高的情況下，行道樹光照時間較短，行道樹宜選擇體量較小的樹種(如羊蹄甲、假蘋婆、菠蘿蜜、小葉欖仁等)，避免對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，東西向道路兩側行道光照時間相差較大。總體來說南側行道樹光照時間一般少于北側行道樹，因此，北側行道樹應采用大體量遮陰樹種(如小葉榕、高山榕、秋楓、盆架木、木棉等)；南側行道樹宜選擇體量較小的樹種(如羊蹄甲、假蘋婆、菠蘿蜜等)。

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

4 結束語

海口市地處我國“臺風走廊”，因此，在城市道路行道樹的配置過程中，還應考慮行道樹的抗風性與冠幅與林蔭空間三者之間的關系[11]。城市道路綠化作為城市道路景觀、城市綠化系統的重要組成部分，在保護和改善生態環境、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，城市道路綠化設計就顯得很重要，它應滿足各方面的需求。然而城市環境復雜、多元，對設計造成了不同程度的困難。海口市作為我國重要熱帶濱海的城市，道路綠化設計需要采用更多的設計“支點”。根據熱帶地區的特點從日照分析來切入道路綠化設計新視角，只是一個初步的嘗試，今后還有待更深入、細致的探索。