行道樹參數對街道顆粒物擴散的影響研究進展

中圖分類號 X511;TU985 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）17-0054-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.17.015

Research progress on the impact of street tree parameters on street particulate matterdiffusion

PEI Tingting

（Jinzhong College of Information， Taigu O308Oo， China）

AbstractTo studythe design strategies for planting street trees，the research methods of stret particulate matter difusion，theregulatory mechanismofstrettre parametersonstreetparticulate matterdiffusion wereanalyzed，andon this basis，the impact of street tree planting methods onstreet particulate matter difusion wassystematically sortedout. The research methods for particulate mater diffusion mainly include three approaches： field measurement，wind tunnel tests，and numerical simulation.Each method has itsownadvantages andlimitations.Numerical simulation is currently the mainresearch method.The regulatory mechanisms mainly include 2 pathways： aerodynamics and blade absorption. The influencing factors mainly include the types of street trees，treeheight，treecrown shape and densityand planting methods，etc.The dust retentioncapacityof diferenttypesofstreet rees varies.The heightand shapeof the tree canopy can fect the ventilation capacityof the stret，and thereby influencethe diffusioncapacityof particulate mattr.The effct of planting methodswith different plant spacings on particulate matter concentration shows nonlinear characteristics.In the future，in-depthresearch canbeconductedonit from theaspects of multi-parametercoupling， multi-functional trade-ofsandAI.Thisarticle providesareference forthesustainabledevelopmentof cities and the construction of human settlements.

Keywordsstreet trees; particulate matter diffusion; dust retention capacity; ventilation capacity

隨著城市化的持續推進和人居生活水平的提高，城市空氣質量影響著居民的生活滿意度。根據《2023年中國生態環境狀況公報》數據顯示，全國136個地級及以上城市環境空氣質量超標，其中105個城市細顆粒物（ PM_2.5 ）超標。交通排放產生的顆粒物是城市大氣顆粒物污染的主要來源之二]。Maher等[2研究發現，道路污染產生的污染物擴散范圍主要在 0～0.3m 和 1.5～2.0m 兩個區間，其對街道兩側行人及臨街市民的健康產生了一定威脅。陳小平等3探討了街谷綠化調控顆粒物擴散的研究方法和機制，分析了街谷綠化對顆粒物擴散的影響效果及相關影響因素。因此，探究街道顆粒物擴散的途徑對改善空氣質量具有重要意義。

行道樹是指成行栽植在公路或道路兩旁的樹木，是城市綠地系統的主要組成部分，在城市道路景觀建設和園林綠化中具有重要作用。作為城市街道綠化的主要形式，行道樹具有美化環境、降溫增濕、吸滯粉塵等多種功能，是城市建設和景觀營造中不可或缺的組成部分4。然而，近年來部分研究結果顯示，行道樹對顆粒物的擴散影響具有兩面性，其可以通過葉片有效吸滯顆粒物，但某些情況下行道樹種植會造成空氣流速降低，局部顆粒物濃度升高，從而導致局部空氣質量惡化[5-7]。例如，行道樹樹冠和葉面積密度（LAD）過大會降低街道空氣交換速率，導致通風效應減弱、顆粒物濃度升高；行道樹株距過小會降低冠層內部的透風率，從而使顆粒物濃度升高。因此，為有效改善街道空氣質量問題，本文綜述了街道顆粒物擴散的研究方法，行道樹種植對街道顆粒物擴散的調控機制，并在此基礎上系統梳理了行道樹參數對街道顆粒物擴散的影響，為人居環境改善提供參考。

1街道顆粒物擴散的研究方法

行道樹主要通過滯塵和影響顆粒擴散來改善空氣質量，前者主要包括洗脫稱重法、電子顯微鏡等方法，后者主要包括現場實測法、風洞試驗法與數值模擬法，各類方法的概念、優勢及局限性如下。

1.1 現場實測法

現場實測法是通過在現實街道內布設固定或移動監測點，利用各類型的監測儀器對目標街道進行實地調查，通過數據統計分析得到街道顆粒物擴散的客觀規律8。該方法是常見的研究街道顆粒物擴散的方法之一，其核心優勢在于能獲取真實環境下的顆粒物擴散數據，結果可信度高，且可通過風洞試驗、數值模擬等手段對實測結果進行交叉驗證，進一步提升數據可靠性。該方法存在一定的局限性，一是需要大量的人力、物力、財力，觀測周期較長，時間成本較高；二是受實際條件限制，布點數量通常較少，難以實現空間全覆蓋，街道環境中的風況、溫濕度及污染源強度等背景條件持續變化，易對觀測結果產生干擾，導致難以精準量化顆粒物擴散程度。因此，實測法在當前街道顆粒物擴散研究中的應用相對較少。

1.2 風洞試驗法

風洞試驗是基于相似準則，將街道制作成縮尺比例的物理模型，模擬街道內顆粒物擴散的情況，其結果可為數值模擬提供校核3。風洞試驗的優勢在于能夠排除街道建筑環境、氣象條件和污染物排放強度的影響，整個研究過程易于控制。然而，試驗環境為人工模擬場景，難以完全復現實際街道中多種因素共同作用的真實環境，導致測定結果與實際情況存在一定偏差，匹配度較低；物理模型的設計、制作需耗費大量人力與時間，且研究聚焦于微尺度區域；風洞設備的運行與維護成本高，費用昂貴，限制了其在較大場景模擬研究中的應用。

1.3 數值模擬法

現階段的數值模擬研究方法主要是基于計算流體動力學模型的數值模擬計算得到流體的流場分布，進而得到數值模擬下污染物的空間分布情況，常用的軟件包括流體仿真軟件AnsysFluent和三維微氣候模擬軟件ENVI-met等。數值模擬的模型建構方法可嚴格控制天氣、交通、街道、建筑等因素，還可模擬流體運動軌跡。因此，其既能量化各因素對污染物擴散的影響，又能得到連續變化的動態流場模擬結果。與現場實測和風洞試驗相比，該方法經濟高效，樣點數據更全面，已成為相關研究的主要研究方法。但該方法也存在植物簡化模型精度不夠、較難重現與現實情況完全相同的場景等不足[3]。

2行道樹種植對街道顆粒物擴散的調控機制

2.1 空氣動力學

行道樹種植會影響顆粒物的擴散和沉降，從而影響街道的空氣質量[3。行道樹樹冠通過改變周圍氣體流場作用于含顆粒物氣流的擴散過程，當攜帶顆粒物的氣流經過樹冠區域時，樹冠的阻擋會直接干擾氣流運動軌跡，減緩氣流速度，從而影響顆粒物的擴散路徑與范圍。這種影響的程度與植物冠層的形狀、高度及枝葉密度密切相關，樹冠結構復雜且葉片小的植物沉降速率相對較高。

2.2 葉片吸滯

植物葉片可通過滯留、附著和黏附3種方式吸滯顆粒物[3]。行道樹葉片吸滯顆粒物的能力與植物種類有關，主要由葉片的形態結構、表面特性及生理特征參數共同決定，尤其是葉片形狀、大小、粗糙度、接觸角、潤濕度、氣孔大小及密度、絨毛長度及密度等特征參數。此外，植物葉片的顆粒物吸滯量與周圍環境顆粒物濃度有關，植物離顆粒物排放源越近，吸滯量越高。

3影響街道顆粒物擴散的行道樹參數

行道樹參數主要包括種類、樹高、樹冠形狀及密度等，影響街道顆粒物擴散的行道樹參數具體如下。

3.1行道樹種類

不同種類的行道樹受葉片形態結構、葉傾角、葉序等的影響，單位面積葉片的滯塵能力存在明顯差異。劉曉華等研究發現，福州市行道樹綠帶消減顆粒物的能力由高到低依次為小葉榕 gt; 忙果 gt; 樟樹gt;羊蹄甲。Saebg等o測定了歐洲城市常見的22個喬木樹種的滯塵能力，發現不同樹種間的滯塵能力相差10～20倍。Weber等[研究發現，葉片具有細密絨毛狀結構的梧桐吸附街道顆粒物的效果優于櫸樹，且絨毛長度與滯塵能力呈負相關，絨毛密度、氣孔密度及大小與滯塵能力呈正相關。在城市園林綠化實踐中，優先選用滯塵能力強的植物種類，是提升行道樹綠化帶滯塵效能的關鍵途徑[12]

3.2樹高

樹高是行道樹的主要參數之一，其與冠幅、枝下高等存在一定的關系[13]。樹冠高度會影響街道的通風能力，進而影響顆粒物的擴散能力，但樹高與顆粒物的垂直擴散效果并非線性關系；其冠幅越大，街道開闊度越小，可能會影響街道空氣質量。裴婷婷等[14系統分析了行道樹種植對街谷 PM_2.5 濃度的作用效應，結果表明，行道樹種植會導致街谷 PM_2.5 濃度顯著上升，其中斜交風向下街道背風側的濃度增幅尤為明顯，與無植物場景相比，該區域 PM_2.5 平均濃度提升了 233% ；隨著行道樹樹高的增加，街谷兩側 PM_2.5 平均濃度呈逐步上升的趨勢；斜交風向下，迎風側 8m 以上高度的樹木對空間 PM_2.5 濃度影響較小。He等[15研究發現，種植 10m 高的行道樹有利于街道顆粒物的垂直擴散。任思佳研究發現，斜交風向下，當枝下高從 5m 增加到 6m 時，背風側及兩側顆粒物平均濃度降幅最大。此外，樹高與街道兩側建筑的相對高度也對顆粒物擴散有顯著影響，當樹稍高于兩側建筑頂部時，枝下高會影響街谷顆粒物濃度。徐偉嘉等[17研究發現，隨著樹冠位置的升高，街谷內漩渦中心逐步上移并偏向迎風側，影響整體風速，進而導致污染物濃度呈逐步升高趨勢。

3.3樹冠形狀及密度

行道樹樹冠形狀對街道區域的通風條件具有一定的調控作用，且與人行道顆粒物濃度變化直接相關。樹冠底部寬度越大，其對街道水平氣流的阻擋作用越強，導致街道通風效果變差，從而進一步影響顆粒物濃度。任思佳研究發現，倒卵形樹冠對顆粒物的滯留效果最好，圓柱形、球形和卵形次之，傘形和塔形效果較差。圓錐形樹冠沉降速率較好，其次是球形，圓柱形樹冠沉降效率較低[18]。行道樹冠幅是影響街道顆粒物擴散的一個重要因素[19]。冠幅大的植物有更多的葉片用于吸滯顆粒物，其通過降低含顆粒物氣流擴散速度，導致顆粒物濃度升高。

Jin等20研究認為，樹冠密度、葉面積指數是影響街道 PM_2.5 擴散的主要因素，且 PM_2.5 消減效率與樹冠密度、葉面積指數并非線性關系。任思佳研究指出，隨著樹冠LAD的增大，樹冠位置及街谷底部風速明顯下降，導致街道迎風側、背風側和兩側顆粒物平均濃度均緩慢上升；當 LADgt;3m²/m³ 時，兩側平均濃度不再明顯升高。Wang等21通過實測法探究了行道樹郁閉度對顆粒物擴散的影響，發現當行道樹郁閉度在 30% 時，其對顆粒物的改善效果較好。

3.4種植方式

行道樹的列數及種植位置對街道顆粒物的擴散存在顯著影響。Chen等[22研究發現，斜交風向下種植3列行道樹的場景中顆粒物濃度較高，單側種植行道樹的場景顆粒物濃度最低；迎風側種植行道樹有利于改善街道顆粒物濃度，而背風側種植則會導致顆粒物濃度上升。不同株距的行道樹種植方式對顆粒物濃度的作用效果呈現出非線性特征[14]。姚夢雪[23研究發現，斜交方向的街道行道樹最適種植間距為 6m ，平行和垂直風向下的街道行道樹最適種植間距為 12m 。裴婷婷等[14研究表明，不同種植株距的行道樹對顆粒物濃度的影響無顯著差異。

4結論與展望

本文分析了街道顆粒物擴散的研究方法，行道樹種植對街道顆粒物擴散的調控機制，以及行道樹參數對街道顆粒物擴散的影響。街道顆粒物擴散的研究方法主要包括現場實測法、風洞試驗法與數值模擬法，各方法優勢、局限性有所不同，數值模擬法是當前研究的主要途徑。行道樹種植主要通過空氣動力學和葉片吸滯對街道顆粒物擴散進行調控。影響街道顆粒物擴散的行道樹參數主要包括行道樹種類、樹高、樹冠形狀及密度、種植方式。

未來將從以下三個方面深人行道樹種植對街道顆粒物擴散的影響研究。（1）多參數耦合研究。本研究僅從行道樹的特征參數切入，分析了各參數對街道顆粒物濃度的影響，尚未考慮街道布局、氣象因子、污染程度等指標。未來研究需綜合多個因子對特定環境的影響，尤其是街道布局與綠化模式對顆粒物擴散的耦合效果。2）多功能權衡研究。當前，部分研究僅考慮行道樹種植對氣流及顆粒物擴散的影響，暫未考慮行道樹降溫增濕、遮陰、美化環境等方面的功能。（3）AI賦能。利用AI等技術尋找行道樹種植的最優模式，并基于此探索改善街道空氣質量或多功能的街道綠化模式。

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（責任編輯：吳思文）