城市伦敦悬铃木行道树气动树冠荷载潜力筛选：基于风洞信息的分析与来自中国南京的风后根盘参考

《Forests》：Screening Aerodynamic Crown-Loading Potential in Urban London Plane Street Trees: Wind-Tunnel-Informed Analysis and Post-Storm Root-Plate Reference from Nanjing, China

　　

城市伦敦悬铃木（Platanus × acerifolia）行道树需要高效且可解释的方法，以便在大型路边树木清查中识别需进一步细致检查的个体。本研究针对中国南京六条城市道路上的2022棵伦敦悬铃木，开发了一种双层筛选框架。首先，对五种标准化树冠几何形态进行风洞试验，以推导特定几何形态的阻力矩系数，并计算气动树冠荷载潜力（ACLP），即树冠相关气动需求的相对指标。仅对处于试验树冠高宽比范围内的树木计算ACLP。其次，利用台风贝碧嘉（Bebinca）过后19棵风倒伦敦悬铃木的测量数据，推导出局部下四分位根盘参考值，并根据记录的树池宽度计算根盘参考孔径比（RPAR）。在2022棵清查树木中，1273棵（63.0%）处于试验树冠几何形态范围内，其中128棵被识别为高ACLP候选树（采用90百分位筛选阈值）。这些候选树高度集中在两条道路上，且主要的道路级分布在替代百分位阈值下保持稳定。风后分析为识别相对观测根盘尺寸较小的树池孔径提供了独立的局部参考。因此，ACLP和RPAR应被解释为不同的初步筛选指标，而非风倒概率或锚固能力的预测因子。该框架为优先安排后续实地检查和分配有限的城市树木管理资源提供了透明的基础。

**城市伦敦悬铃木行道树气动树冠荷载潜力筛选：基于风洞信息的分析与风后根盘参考**

### 1. 研究背景与问题
随着城市化进程的加快，行道树在改善城市生态环境方面发挥着重要作用。然而，强风、暴雨以及热带气旋等极端天气事件的频繁发生，使得城市行道树的倒伏问题日益突出，不仅造成财产损失，更对行人安全构成严重威胁。伦敦悬铃木（*Platanus × acerifolia*）因其耐修剪、适应性强等优点，被广泛种植于城市道路两侧，成熟的行道树往往形成庞大的树冠。然而，现有的大型树木清查体系主要依赖结构目视评估，难以对每一棵树进行精细的力学评估。因此，亟需一种高效且可解释的初筛方法，以识别并优先关注那些具有较高气动风险潜力的个体。

在此背景下，已有研究指出，树冠的尺寸、形态以及荷载高度是影响树木风致力学响应的关键因素。风洞试验能够在受控条件下研究树冠几何形态对气动响应的影响，为大规模的树木清查提供力学解释基础。然而，实验所得的空气动力学系数仅适用于特定几何形态和试验条件，直接用于真实树木清查时必须严谨地界定适用范围。此外，树木的地下锚固能力受根系结构、土壤特性、压实程度、地下障碍物等众多场地特定因素影响，常规城市清查中难以逐一量化。风后暴露的根盘观测数据可提供经验性参考，但并不能直接用于判定锚固能力或定义通用的失效阈值。因此，本研究旨在构建一种兼顾机械证据的物理意义与初步清查尺度的实用筛选框架，以弥补上述方法学空白。

### 2. 主要研究方法与技术
本研究构建了一种双层筛选框架，其核心在于将受控风洞试验对方学与大规模清查数据相结合。研究首先基于野外实测数据，设计并制作了五种标准化冠型几何模型，并在边界层风洞中对这些模型进行了系统的阻力矩系数测量。随后，这些实测系数被谨慎地迁移至清查数据库，仅应用于那些冠型几何参数（高宽比λ）处于风洞试验支撑范围内的树木，以计算其气动树冠荷载潜力。与此同时，研究人员还调查并测量了台风“贝碧嘉”过后19棵风倒伦敦悬铃木的形态和根盘数据，利用条件分位数回归建立了局部根盘参考关系，并将其与清查记录中的树池开口宽度相结合，提出了根盘参考孔径比这一独立的风后筛查指标。一个由2022棵树木组成的清查数据集为验证整个研究框架提供了坚实基础。

### 3. 主要研究结果
- **六条道路清查及树冠几何学覆盖**：共清查2022棵伦敦悬铃木，其中1273棵（63.0%）处于风洞测试所支持的冠层高宽比（λ）1.00–2.50范围内。不同道路的支持范围覆盖率存在显著差异，其中灵岩路最高（91.4%），其余五条道路在51.4%至60.6%之间。
- **风洞阻力矩系数响应**：对五种标准冠型的风洞试验表明，阻力矩系数（C_M）随冠型、风速和风向角变化而变化，呈现非单调趋势。在用于筛查的上限风速条件下，五种冠型的总体平均C_M值分别约为0.281（λ=1.00）、0.265（λ=1.25）、0.230（λ=1.50）、0.259（λ=2.00）和0.258（λ=2.50），表明冠型几何形态对气动响应具有显著且非单调的影响。
- **高ACLP筛查及道路级分布**：在受支持的冠型几何范围内，ACLP值范围从21到4969 m3。采用全路网第90百分位数（P90）阈值筛选出128棵高ACLP候选树，主要集中在灵岩路（110棵）和黄埔路（15棵）。敏感性分析表明，使用P85和P95阈值时，道路级别的分布模式基本保持一致，表明筛选结果对阈值选择不敏感。
- **风后形态对应和根盘参考比较**：19棵风倒树的冠型高宽比范围为0.99–2.53，其中17棵处于实验支持范围内。基于风后观测数据，通过0.25分位数线性回归拟合了局部根盘参考关系。在2022棵清查树中，1722棵符合计算RPAR的条件，其中940棵（54.6%）的RPAR<1，表明其树池开口宽度小于风后参考根盘直径。在可计算RPAR的72棵高ACLP候选树中，61棵（84.7%）呈现出RPAR<1的状态，且这一重叠结果对不同的分位数选择具有鲁棒性。

### 4. 讨论与结论
研究结果表明，ACLP作为一种气动需求指标，仅能反映树冠相关的相对气动荷载，不能直接预测风倒概率或评估实际锚固能力，其应用范围应严格限制在实验所支持的几何参数域内。基于风洞试验的C_M值修正了仅基于几何尺寸的初始筛查，但非单调的变化模式揭示了风洞系数的主要作用在于调整树木间的相对排序。风后数据所建立的RPAR指标，作为本地化经验参考，能够指示可见的根池空间状态，但其敏感性分析揭示了分类结果在一定程度上依赖于分位数选择。ACLP与RPAR的叠加应仅作为优先安排现场检查的综合提示，而非形成确定性的风险评估。总的来说，这一双层框架能够为管理者提供一种透明、可扩展的初筛机制，帮助将有限的资源优先投入到更需关注的树木个体上。