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        東北地區(qū)城市街谷日照條件分析及綠化樹種選擇

        2020-11-27 06:50:40趙彥博孫明陽
        江西農(nóng)業(yè) 2020年19期
        關(guān)鍵詞:植物分析

        趙彥博 孫明陽,2

        (1.吉林建筑大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,吉林長春 130118;2.中國科學(xué)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(jìn)程加快,城市街路的峽谷效應(yīng)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(jìn)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(dǎo)東北地區(qū)城市道路綠化設(shè)計,有效提升城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)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(fēng)氣候,四季分明,夏季溫?zé)岫嘤辏罡邷囟?0℃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(yù)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(xué)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(shè)定 考慮到日照強(qiáng)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(jìn)行疊加分析的方法顯然不夠科學(xué)[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(jìn)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(qiáng)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(yīng)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(shè)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(jī)模擬得出,三地區(qū)在設(shè)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(yīng)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(yīng)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(jī)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(qiáng)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??梢钥闯觯趯捊止葍?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(xué)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(yán)重,街谷內(nèi)的污染物質(zhì)更加不易擴(kuò)散,在東北地區(qū)的冬季,空氣污染尤為嚴(yán)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(qiáng)[7-9]。因此,在東北地區(qū)的街谷綠化中,應(yīng)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(chǔ)設(shè)施。在街谷綠化實踐中,科學(xué)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計師的觀察及經(jīng)驗積累。

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