基于風環境的景觀適宜性設計及森林生態修復*
——以澳門石排灣郊野公園彩虹山丘為例

錢萬惠 趙 慶 陳星澄 楊 清 王頌松 唐洪輝

1 廣東省林業科學研究院 廣州 510520

2 廣東省森林培育與保護利用重點實驗室 廣州 510520

3 北京林業大學園林學院 北京 100083

在全球氣候變化的背景下，臺風、風暴潮、暴雨等極端天氣氣候事件頻繁發生。粵港澳大灣區(簡稱“大灣區”)沿海區域對氣候變化非常敏感，長期以來風害問題對大灣區沿海森林生態建設帶來威脅。近10年來，“天兔”“尤特”“天鴿”“山竹”等超強臺風使大灣區遭受大范圍且長時間的大風災害，引發歷史最強風暴潮，大量樹木倒伏，城市森林受到破壞[1]。由此引發的城市森林環境質量下降受到政府、社會各方關注，如何修復、構建穩定并具有一定抗風能力的城市森林成為亟需研究的課題。

圍繞規劃設計中的風環境問題，一些發達國家和地區主要針對城市通風、城市熱島、空氣污染等方面，通過CFD模擬與預測制定優化策略。而國內則主要圍繞宏觀尺度下城市通風廊道設計，中等尺度下居住區的風場進行景觀規劃、防護(風)林帶建設、樹種的抗風能力等方面進行研究，鮮有針對沿海區域基于風環境的森林生態修復進行研究及規劃設計[2－3]。

已有研究表明，運用科學合理的空間、植物群落布局手段改善場所風環境，具有綠色生態、適應性佳、可操作性強等諸多優勢[4]。本文通過澳門石排灣郊野公園彩虹山丘森林生態修復項目，探索基于風環境景觀適應性的森林生態修復策略，使修復后的城市森林發揮良好的生態、社會效益，創造良好的景觀效果，最大程度滿足居民到森林中休閑游憩、自然觀察等需求，促進人與自然的和諧共生，為大灣區沿海區域森林生態修復提供技術支持與經驗積累。

1 項目概況

1.1 澳門風環境概況

澳門三面環海，屬亞熱帶海洋性季風氣候，具有熱量豐富、高溫多雨的氣候特點，7—10月為臺風多發季節[5]。澳門盛行風向主要為3—5月、8—9月的東東南風(ESE)，10月至次年2月的北風(N)，全年平均風速為13.3 km/h(即3.70 m/s)，具體見表1[6]。

表1 澳門氣象數據(1981—2010年)

1.2 場地概況

彩虹山丘位于澳門石排灣郊野公園北部，規劃設計面積為32 000 m2。場地原為采石場，遺留崖壁為高陡邊坡，共7級開采平臺，地質構造為火成巖中的花崗巖，為中至粗粒、黑云母[7]。各層開采平臺陡坡坡面長度為57~336 m，邊坡斜度范圍為17°~85°，坡向均為北向，各級開采平臺海拔由高至低依次編號Ⅰ~Ⅶ級平臺(圖1)。受不利風場、秋冬降雨少濕度低、土壤貧瘠等多種因素影響，植物生長和居民活動均受制約。裸露巖石受雨水沖刷、風力、陽光照射等自然因素作用，還存在風化程度加劇的可能。為恢復彩虹山丘的生態、景觀、社會服務功能，澳門市政署計劃對其進行森林生態修復，在打造色彩豐富的森林景觀的同時，為毗鄰社區開辟綠色活動空間。

圖1 場地航拍圖

1.3 場地風環境實測與CFD模擬

根據相關研究，室外風環境的舒適度按照人行高度1.5 m測定。風速小于5 m/s時體感較為舒適；在夏季，風速持續達到1.5 m/s時，有助降溫，身處戶外能感到比較舒適；風速在5~15 m/s時將會感到不舒適，影響戶外活動[8－9]。而風對植物的影響包括直接的機械刺激及風引起環境變化而產生的間接作用如機械作用、干旱作用[10]。風速大于8 m/s時小樹搖擺；風速大于17.2 m/s時樹枝折毀；風速大于24.5 m/s時樹木則可能倒伏，造成不可恢復的機械傷害[11]。

對風環境因子的趨利避害將直接影響本次生態修復的成效，前期調查采用手持氣象儀記錄各級平臺的風速，然后利用CFD軟件PHOENICS建立場地山體與周邊住宅群的計算模型，采用年均風速3.7 m/s，設定春夏盛行風向ESE、秋冬盛行風向N，分別進行模擬對比后發現模擬數值與實測數據基本相符(圖2)。

圖2 春夏、秋冬盛行風向下Ⅱ級、V級、Ⅶ級平臺人行高度處的風速分布圖

水平方向上，板式高層住宅樓和道路形成過風廊道，北風經過群樓產生“狹管效應”，風速增大。垂直方向上，風通過“爬坡效應”和“渦流效應”對場地產生不同程度的影響。模擬得出Ⅰ~Ⅶ級平臺承受的風速比重依次為100%，90.0%， 81.4%， 64.36%， 48.6%， 38.6%，28.5%，風速隨高度降低而減弱。春夏季，Ⅰ級平臺風速為6.85 m/s，對場地植被及居民活動干擾不大；而秋冬季Ⅰ級平臺風速至少達到7.31 m/s，將降低居民活動的意愿，植物也容易長期受風致機械刺激，較高的風速還將使濕度降低，給植被生長帶來威脅[12]。結合實測數據與風環境模擬得出2處典型風害區域:秋冬季Ⅰ級平臺北面、西北面的迎風面；秋冬季Ⅱ~Ⅶ級平臺面對群樓通風廊道的迎風面。所以，項目需要重點解決秋冬季N風對場地的不利影響。

2 規劃設計

2.1 規劃設計主題、目標與布局

彩虹山丘園區的規劃主題來源于“彩虹”，寄托了人們對彩虹般絢麗多彩的生活的向往，有著美好寓意。結合場地資源稟賦，重點針對園區進行風環境景觀適應性設計，完成森林生態修復。在恢復園區綠色基調的基礎上，采用抗逆性佳的觀花、觀果、觀葉植物，打造色彩斑斕、花開不斷的森林四季景觀。

園區森林生態修復將遵循“最大限度恢復森林生態景觀”的理念，將不良風場區域疊加在園區上，充分考慮地形及周邊居民的需求，將Ⅰ級平臺規劃為多功能觀光游憩區，Ⅱ~Ⅶ級平臺為小型休閑活動空間。

2.2 生態修復策略

植物配置是改善風環境的一種靈活有效的方式。植物隨著季節更替發生周期性變化、發揮不同作用、具有引導氣流的功能，不同密度的植物群落還能通過改變氣流方向對風力進行調整[13]。

Ⅰ級平臺作為面積和風速最大的區域，需針對冬季N風帶來的不利風場，從水平和垂直方向通過硬質與軟質景觀要素相結合的方式對風進行遮擋、引導、擠壓，并利用溫差產生局部風等方式削減不利風場，控制風速和風的質量，優化場地屬性。

在Ⅰ級平臺北面利用硬質景觀構筑物景觀長廊阻擋勁風、形成弱風區，這既方便居民休閑游憩，又能使新栽植物更快扎根。平臺西北面則宜采用稀疏結構的觀賞性植物組團群落對風環境進行改善，稀疏結構透風系數為0.3~0.5，其有效防風距離最遠，可達25H(H為林帶高度)。稀疏結構林帶使風速被迅速削減形成弱風區(其有效防風距離為3~5H)，從而為居民營造出一個風力較小的活動空間(圖3)[14]。該平臺速生與慢生樹種的數量比例為2∶3。首先通過先鋒樹種如黃槿(Hibiscus tiliaceus)、尖葉杜英(Elaeocarpus apiculatus)、大腹木棉(Ceiba speciosa)等快速恢復園區的綠色基調；再通過海南紅豆(Ormosia pinnata)、秋楓(Bischofia javanica)等慢生樹種構建園區基本的植物群落，為后續的自然演替奠定基礎。常綠、落葉樹種的數量比例為4∶1。落葉開花樹種如木棉(Bombax ceiba)、大腹木棉、黃花風鈴木(Handroanthus chrysanthus)等花葉不同期、冬季落葉的特性既能提升景觀效果，又能實現冬季樹形過風，還可為居民提供秋冬季林下日光浴場所。

圖3 Ⅰ級平臺風環境景觀適應性生態修復策略

Ⅱ~Ⅶ級平臺承受風速相對較小，為平衡有限的空間及居民活動的需求，規劃營造小型休閑活動空間。首先，垂直方向上建造種植池、景墻等硬質景觀要素對風進行引導、削弱。然后采用透風結構的綠籬與栽植攀援植物相結合的方法削減風力，透風系數大于0.5，平臺外側等距列植喬木鐵冬青(Ilex rotunda)、福木(Garcinia spicata)削減風力，其矮小的樹形恰好形成與人行高度相匹配的弱風區，且慢生的特性能保證活動空間的穩定性。每級平臺內外側栽植攀援植物，通過上攀下垂的方式使山體陡坡復綠，柔化空間，其葉片還可以提高坡面粗糙度，進一步削減風力(圖4)。

圖4 Ⅱ~Ⅶ級平臺風環境景觀適應性生態修復策略

2.3 樹種選擇

樹種選擇堅持適地適樹原則，優選抗風能力強、景觀效果好的樹種，并綜合考慮其管養難度、林蔭效果、恢復能力。在不利風場區域，利用樹種總體抗風、樹形過風性良好、根系深廣、直根系、枝條柔韌等特性達到抗風效果[15]；再擇優選用耐土壤貧瘠、耐干旱樹種，以應對土壤養分不足和秋冬季降雨少濕度低的現實情況。

Ⅰ級平臺主要栽植觀花或常綠樹形優美的抗風樹種如木棉、大腹木棉等，實現園區四季花開爛漫的景象。同時，搭配選擇根系發達如黃槿、假蘋婆(Sterculia lanceolata)等樹種，利用其濃密的樹冠削減風力。Ⅱ~Ⅶ級平臺主要栽植抗逆性強的常綠抗風樹種及攀援植物。常綠抗風樹種鐵冬青、福木有根系發達、總體抗風的特性，能較好地生長在回填土深1m以上的種植池內，但施工過程應使用埋地樹木支撐裝置等措施提高苗木存活率。平臺兩側栽植爬山虎(Parthenocissus tricuspidata)、薜荔(Ficus pumila)等使山體復綠，搭配栽植炮仗花(Pyrostegia venusta)、使君子(Quisqualis indica)等開花攀援植物，花期幾乎覆蓋全年，既豐富坡面色彩，又呼應設計主題“彩虹”。彩虹山丘園區選用的抗風樹種及其特性詳見表2。

表2 彩虹山丘園區選用的主要抗風樹種及其特性

3 森林生態修復預期效果

本次森林生態修復選擇了適合園區立地條件的20余種南亞熱帶鄉土闊葉樹種，通過其抗風、抗鹽堿、抗貧瘠特性，合理搭配慢生、速生樹種，初步構建園區的植物群落生態系統，使山體陡坡的植被覆蓋率顯著提高，發揮降低風速、減少風蝕的作用。通過營造植物生境及利用帶狀園區較好的邊緣效應促進群落自然演替；利用食源性樹種吸引動物，從而逐步提高生物多樣性。修復后的森林隨著不斷的自然演替，將進一步發揮調節小氣候、凈化空氣、降塵減噪、減緩地表徑流、改良土壤等作用，園區生態質量將得到提升[16－17]。

項目的實施將提高園區樹種多樣性，通過常綠與落葉、觀花與觀葉樹種結合運用，恢復園區綠色基調，有效弱化山體陡坡帶來的視覺壓抑感；利用植物花色、葉色的季相變化營造色彩豐富的四季森林景觀，突出設計主題“彩虹”。對喬灌草進行立體搭配，形成優美舒適、多樹種、多層次、多效益的城市森林生態景觀，成為社區的一道綠色屏障。

通過對風環境因子的趨利避害，科學構建植物群落與完善基礎設施，園區將成為“人－自然－城市”和諧共生的綠色基礎設施，滿足居民觀光賞景、休閑游憩、娛樂健身、自然教育等需求，進而提升社會大眾生態保護意識[18]。

4 結語

生態修復是一項復雜、長期的工程[19]。目前，在大灣區沿海區域，針對不利風場下的城市公園森林生態修復案例并不多。利用CFD軟件確認不利風場，制定修復方案并進行模擬預測是一種科學可行的規劃設計方法。為評價本次森林生態修復的成效，未來還需對園區進行定期監測:一是監測建設前后園區的風環境因子及其他微氣候因子，評價植物群落對風環境及微氣候改善的有效性，深入探究植物群落高寬比、冠線高低變化等群落形態對風環境及微氣候的影響[20]。二是監測各個樹種在園區風環境中的長勢、地上地下生物量及適應性表現等因子，綜合評價樹種的抗風性及景觀性。此外，通過監測數據進一步探究經受風致機械刺激的植物，可能傾向于分配更多能量給根系提升錨定力，并通過縮短莖、葉柄或葉片呈現植物矮化現象的發生機理[21]。結合評估結果，繼續加深對風環境景觀適應性的理論研究，適時補充相應的管護和提升措施，促進園區最終形成良性的、可自然演替的近自然林。

未來，森林生態修復還應積極納入小氣候動態信息技術協助規劃設計[22]。結合Arcgis等信息技術疊加耦合不同層次的空間環境特征，推動多學科合作制定方案，進一步提升大灣區沿海區域森林生態修復技術[23－24]。