东北地区城市街谷日照条件分析及绿化树种选择

赵彦博 孙明阳,2

（1.吉林建筑大学艺术设计学院，吉林长春 130118；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春 130102）

街道峡谷（简称街谷）是指两侧都有连续高大建筑物的相对狭长的街道，是城市下垫面的一种基本空间形式[1]。随着我国城市化进程加快，城市街路的峡谷效应越来越显著。同一地理位置，由于建筑高度、大小、布局以及街道宽窄和方向的不同，路面日照辐射不均衡，即使同一条街道其两侧的辐射也会有很大差异[2]。东北地区纬度偏高，太阳高度角小，建筑阴影面积大，街谷内光照不足，难以满足绿化植物的光照需求。

本文以东北三省省会城市为样地，利用ECOTECT软件进行光合有效辐射分析，模拟辐射的分布状况，确定光照因子分区，并依据耐阴性推荐街谷绿化树种。研究成果将直接指导东北地区城市道路绿化设计，有效提升城市生态环境建设水平。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况 东北地区自南向北跨中温带与寒温带，属温带季风气候，四季分明，夏季温热多雨，最高温度30℃左右，冬季寒冷干燥，最低温度-30℃左右。自东南而西北，年降水量自1 000 mm降至300 mm以下，从湿润区、半湿润区过渡到半干旱区。

1.2 数据来源及预处理 从ECOTECT软件自带的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中获取数据。这套数据由清华大学和中国气象局合作开发，包括全国270个台站的建筑热环境，分析专用气象数据，具有较高的权威性[3]。

此外，根据现场勘查，把三地的街谷按照高宽比（H/W）分为三个类型，即常规街谷（H/W≈1）、宽街谷（0.5≤H/W＜1）和深街谷（1＜H/W≤1.5）。街谷的走向分为四个类型，即东西走向、东北-西南走向、南北走向、西北-东南走向。

1.3 日照分析法

1.3.1 日照分析时间的设定 考虑到日照强度的年变化和日变化以及植物在一年中生长状况的差异，以冬至、春秋分、夏至的日照投影进行叠加分析的方法显然不够科学[4-5]。因此，引入了光合有效辐射的概念。光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation）是指能被绿色植物利用来进行光合作用的部分辐射能，是形成生物量的基本能量来源[6]。日照分析的时间即为光合有效辐射的时间，即每年场地中植物生命活动较为活跃的3月1日-10月31日以及每天光照强度对植物有影响的9：00—17：00。

1.3.2 日照分析方法步骤 （1）建立街谷简易模型：街谷宽W=50 m，高H分别为25 m、50 m和100 m（对应宽街谷、常规街谷和深街谷），建筑长150 m。

（2）分析网格的设置：在ECOTECT软件中绘制分析网格，网格边界略大于建筑场地，每个小网格代表实际尺寸为5m×5 m。

（3）载入气象数据：分别载入哈尔滨、长春、沈阳三地的气象数据。

（4）光合有效辐射分析：执行ECOTECT软件日照分析命令，选择“天空系数和光合有效辐射（PAR）”选项，开始自行运算。

1.3.3 街谷内光照因子分区 利用计算机模拟得出，三地区在设定期间内的日平均光合有效辐射值均约为5.4 MJ/m2，阳性植物需光量一般为全日照的70%以上，因此光合有效辐射大于3.8 MJ/m2的区域为阳生区；阴生植物需光量为全日照的5%～20%，对应的光合有效辐射量小于1.1 MJ/m2的区域为阴生区；耐阴植物对光的适应范围较大，介于阳生植物和阴生植物之间，因此耐阴植物对光合有效辐射为1.1～3.8 MJ/m2，为半阴区。

2 结果与分析

2.1 光合有效辐射模拟结果 利用计算机模拟三地街谷中的日平均光合有效辐射。以长春市为例，其模拟结果见图1。街谷内日平均光合有效辐射值为0.4～5.4 MJ/m2，相邻梯度差为0.5 MJ/m2。

图1 长春地区街谷内光合有效辐射模拟

2.2 光照因子分区 由于中午12：00前后的太阳光照强度不同，下午太阳偏西时的光合有效辐射值要高一些，经过模拟分析得出，街谷内辐射值最少时的街谷走向为东西走向且顺时针旋转15°，其他街谷走向同理。哈尔滨、长春、沈阳三地街谷的光合有效辐射的分布差异很小，忽略不计。依照街谷内光因子分区方法，得到的三地共同的光照因子分区见图2。可以看出，在宽街谷内，阳生区与半阴区各占路面宽度的一半；在常规街谷中，大部分路面为半阴区；在深街谷内，半阴区与阴生区各占路面宽度的一半。

2.3 树种的选择 科学地选择街谷绿化树种需要掌握植物的耐阴性。城市环境中云雾较多，空气污染严重，街谷内的污染物质更加不易扩散，在东北地区的冬季，空气污染尤为严重。因此，街谷绿化树种的选择除了考虑植物的耐阴性以外，还要尽可能发挥植物净化空气的作用。有研究表明，即使在夏季，针叶树的净化能力也比阔叶树要强[7-9]。因此，在东北地区的街谷绿化中，应尽可能选用针叶树（见表1）。

图2 不同走向街谷内的光因子分区

表1 东北城市街谷绿化推荐树种

3 结论与讨论

东北地区城市街谷光照因子分区结果表明，宽街谷内阳生区与半阴区各占一半，常规街谷内绝大部分区域为半阴区，深街谷内半阴区与阴生区各占一半。依据分区推荐了绿化树种（见表1）。

街道峡谷是城市中心区域道路的主要特征，而树木又是道路中最具生命力的基础设施。在街谷绿化实践中，科学考虑光照因子，对于提高园林绿化成效，充分发挥城市中心区域的生态、经济和社会效益具有重要作用和现实意义。

但是，在绿化实践中，大部分确定耐阴性的标准只用来区别极耐阴树种和极不耐阴树种，而对中间大部分树种的耐阴性能难以区分。目前还没有直接有效的测定树种耐阴性的方法，主要靠设计师的观察及经验积累。