基于日照需求的热带城市行道树的配置——以海口市为例

汪 丽，康梓杭，吴庆书

(海南大学 林学院， 海口 570228)

道路绿化在城市绿色空间(UGS)中扮演着重要的角色，种植科学的行道树不仅具有突出的生态保护功能，而且还能抵御城市极端小气候与改善行人的身心健康等[1]。热带地区纬度低，地处赤道两侧，常年气候炎热，城市道路行道树的选择需要充分考虑气候因素，日照是热带地区最重要的气候因素之一，海口市地处热带北缘，日照时数长，日照辐射大，行道树的生长受日照因素的影响到较大。目前，对城市行道树的研究主要集中在群落结构、景观评价、生物多样性等方面[2-4]，而对行道树的日照因素研究较少。因此，笔者选择海口市建成区10条典型性道路进行实地调查，结合SketchUp软件辅助模拟，探讨热带城市行道树日照时间差异情况，提出基于日照分析的道路行道树选择策略，旨在为科学合理地设计种植行道树提供指导。

1 调查地概况及研究方法

1.1 研究地概况海口市位于我国海南岛的北部，地处低纬度热带北缘，属于季风性热带气候区，日照时间较长，年平均日照时数高达2 210 h,日辐射量较大，可达到11～12万卡，有效积温高。夏长冬短，历年未见霜雪，夏秋雷暴多；年均受影响的台风5.5个(次)，其中，12级以上的台风2～4个(次)，每年4～10月是台风活跃季节[5]。

1.2 实地调研法通过前期考察，从海口市建成区选取10条典型且具有代表性的道路进行实地调查(行道树种植3年以上、近期无重大修剪、分布相对均匀)。调查时间为2018年8-12月，测量的内容包括道路的方向，断面类型、道路两侧建筑高度，行道树的类型、胸径、冠幅以及行道树的高度，并且拍摄现状图片，手绘现状断面图。

1.3 SU软件辅助模拟分析应用SketchUp软件，采用建筑行业常用的方法—计算机辅助日照设计，对调研的路段建立简化模型，模拟大寒日日照情况[6]，分析建筑阴影对行道树不同时刻产生的影响差异。

1.4 日照分析原理日照分析需参考太阳的相对位置，其中，太阳高度角和太阳方位角是2个主要参数[7-8]。根据日照原理，太阳高度角hs公式为

sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ，

式中：hs为太阳高度角；φ为所在地区的地理纬度；δ为太阳赤纬角；Ω为太阳时角。

太阳方位角As的计算公式为

cosAs=(sinhssinφ-sinδ)/coshscosφ，

太阳时角Ω与当地时间(即真太阳时)的关系为

Ω=15×(t-12)，

式中：t为当地时间(真太阳时)，以24 h计算；Ω为太阳时角，太阳时角是时间的表达式，用角度测量来表示，通常是从太阳正午算起的度数。太阳正午时角为0度，太阳正午前的时间为负度，太阳正午后的当地时间为正度[9]。

海口属东八区，采用北京时间，真太阳时t=北京时间+时差，时差=(120°-当地经度)/15°。

在日照分析中，由于以日照时数便于直观了解，我国的日照标准便以日照时间来衡量。

日照的时间随季节的变化而不同，植物的长势与日照时长有直接关系，一般来说，光照时间增长，光合作用产物越多，植物生长越旺盛，反之则相反，具体视植物的树种决定[10]。

2 结果与分析

2.1 海口市行道树基本情况海口市主要道路约183条，行道树37种，隶属于17科30属。其中，骨干树种14种：椰子(Cocosnucifera)、紫檀(Pterocarpusindicus)、小叶榕(Ficusbenjamina)、非洲楝(Khayasenegalensis)、高山榕(Ficusaltissima)、羊蹄甲(Bauhiniapurpurea)、秋枫(Bischofiajavanica)、洋葡桃(Syzygiumsamarangense)、木棉(Bombaxmalabaricum)、王棕(Roystonearegia)、大叶桃花心木(Swieteniamacrophylla)、海南红豆(Ormosiapinnata)、榄仁树(Terminaliacatappa)。10条样本道路见图1。

2.2 道路行道树日照时间分析通过对道路样段的调查，结合百度实景地图，将道路两侧建筑物简化处理成块，行道树简化成球体。在Sketchup软件中建立模型，利用日照大师插件对行道树进行日照计算。参数地理位置设置为海口(N110°19′，E20°1′)，选择大寒日作为日照标准日，日照扫掠角12度，采样点间距2 m，时间间隔为8 min。最终将日照时数形成颜色不同的热图，颜色从红色渐变为蓝色(图2)，从低到高分别为0～1，1～2，2～3，3～4，4～5，5～6，6～7，7～8 h。

2.2.1 南北向道路行道树日照时间分析从表1可以看出，在所选的南北向5条道路中，道路东侧与西侧同种行道树的冠幅、树高差异不明显，东侧与西侧最多所受日照数、东侧与西侧最少所受日照数差异也不明显,且相同树种的行道树，其树高与日照时数呈正相关。

表1 南北向道路行道树日照时间计算结果

2.2.2 东西向道路行道树日照时间分析从表2可以看出，在东西向5条道路中，道路南侧与道路北侧行道树数据有明显不同。高登西街、金贸中路、金龙路、海贤路和五西路的行道树(不含五西路的大叶榄仁Terminaliacatappa和小叶榄仁Terminaliamantaly)，北侧行道树冠幅与树高均大于南侧冠幅和树高，北侧最多受日照时数(7～8 h)也均大于南侧最多受日照时数(6～7 h)。五西路的蒲葵Livistonachinensis所有测量数值南北侧基本无差异。

表2 东西向道路行道树日照时间计算结果

2.3 海口市行道树日照分析简化模型通过对海口市城市道路的调研分析，行道树日照分析涉及3个指标，分别是行道树高度h，道路宽度D，道路两侧的建筑物高度H。将行道树的高度h设置为3个等级(8，16，24 m)。道路宽度D设置为3个等级(20，30，50 m)，道路两侧的建筑物高度H设置为3个等级(17.5 m，5层；52.5 m，15层；87.5 m，25层)，每层按3.5 m计算。控制变量分别制作简化模型进行日照分析。

2.3.1 海口市南北向道路行道树日照时间的简化模型经过现场调查和分析，将样地道路分为南北方向，并建立模型(图3-6)。

图3 南北向道路行道树的日照时间 图4 南北向道路的断面图

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

图5 东西向道路行道树的日照时间 图6 南北向道路的断面图

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

图7 南北向道路行道树的日照分析模型

从图7中可以看到，对于南北向的道路，两侧的建筑物高度H相同时，其道路行道树光照时间相同。在道路宽度D保持恒定时，道路行道树光照时间随行道树的高度h的增加而增加，道路行道树光照时间随道路两侧的建筑物高度H的增加而减少。当行道树的高度h保持恒定时，道路行道树光照时间随道路宽度D的增加而增加，道路行道树光照时间随道路两侧的建筑物高度H的增加而减少。当道路两侧的建筑物高度H保持恒定时，道路行道树光照时间随道路宽度D的增加而增加，道路行道树光照时间随行道树的高度h的增加而增加。

2.3.2 海口市东西向道路行道树日照时间的简化模型从图8中可以看到，对于东西向的道路，两侧的建筑物高度H相同时，其南北侧行道树日照时间有明显不同，基本上呈现北多南少的情况，南侧行道树光照时间不佳，甚至出现无有效光照时间的情况。南北侧差异的具体情况仍与道树的高度h和道路宽度D有关。行道树光照时间与南北向道路规律基本一致。

图8 东西向道路行道树日照分析模型图

2.4 日照分析主要特点对海口市的道路进行调研分析，通过建模日照分析，可以得知如下结论：

1)南北走向道路行道树接受日照时间东侧与西侧基本没有差异。建筑物的高度与行道树的高度对行道树受日照时间影响较大，而道路的宽度对行道树受日照时间基本没有影响。

2)东西走向道路的行道树受日照时间，北侧行道树比南侧行道树受日照时间长。建筑物的高度、行道树高度道路的宽度对行道树的受日照时间有明显的影响。

3 热带地区城市道路行道树配置建议

经过对海口市道路行道树的实地调查，发现由于道路两侧行道树受日照时间不同，产生了两侧行道树生长有差异的情况。因此，对热带地区的行道树配置，不能仅仅从城市大气候，道路土壤基础条件等方面考虑，还应该考虑行道树的日照时间。

3.1 南北走向道路在同等情况下，南北向道路两侧行道树光照时间基本相同，道路宽度对其影响不大。在两侧建筑物高度不高的情况下，行道树受光照时间较长，行道树应选择遮阴，植株体量较大的树种(如小叶榕，大叶榕，垂叶榕，秋枫等)。在两侧建筑物高度较高的情况下，行道树光照时间较短，行道树宜选择体量较小的树种(如羊蹄甲、假苹婆、菠萝蜜、小叶榄仁等)，避免对低楼层住户的采光造成影响。

3.2 东西走向道路在同等情况下，东西向道路两侧行道光照时间相差较大。总体来说南侧行道树光照时间一般少于北侧行道树，因此，北侧行道树应采用大体量遮阴树种(如小叶榕、高山榕、秋枫、盆架木、木棉等)；南侧行道树宜选择体量较小的树种(如羊蹄甲、假苹婆、菠萝蜜等)。

在道路宽度较窄，两侧建筑物较高的道路，适宜单侧种植行道树，或种植耐荫花灌木(如光叶子花Bougainvilleaglabra、基及树Carmonamicrophylla、非洲茉莉Fagraeaceilanica等)。

4 结束语

海口市地处我国“台风走廊”，因此，在城市道路行道树的配置过程中，还应考虑行道树的抗风性与冠幅与林荫空间三者之间的关系[11]。城市道路绿化作为城市道路景观、城市绿化系统的重要组成部分，在保护和改善生态环境、美化城市、塑造城市形象等方面有着极其重要的作用。道路绿化想要在城市绿色空间(UGS)中扮演好其重要角色，城市道路绿化设计就显得很重要，它应满足各方面的需求。然而城市环境复杂、多元，对设计造成了不同程度的困难。海口市作为我国重要热带滨海的城市，道路绿化设计需要采用更多的设计“支点”。根据热带地区的特点从日照分析来切入道路绿化设计新视角，只是一个初步的尝试，今后还有待更深入、细致的探索。