1、Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境城市人居环境及多尺度气候环境分析及多尺度气候环境分析西安交通大学西安交通大学人居环境与建筑工程学院人居环境与建筑工程学院 顾兆林顾兆林2012-09-22陕西省环境科学学会年会陕西省环境科学学会年会Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University目录目录v城市人居环境及城市气候环境城市人居环境及城市气候环境v城市人居环境科学与国家需求城市人居环境
2、科学与国家需求v城市气候环境的中尺度分析与城市气候环境图城市气候环境的中尺度分析与城市气候环境图v城市冠层气候环境的小（微）尺度分析城市冠层气候环境的小（微）尺度分析陕西省环境科学学会年会陕西省环境科学学会年会Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityv城市人居环境及城市气候环境城市人居环境及城市气候环境Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城镇化城镇化是我国经济社会发展的必然趋势，也是工
3、业是我国经济社会发展的必然趋势，也是工业化、现代化的重要标志。化、现代化的重要标志。中国城市发展报告中国城市发展报告: 2007: 2007年末我国城镇化水平年末我国城镇化水平达到达到45%45%，20112011年已经超过年已经超过50%50%。建筑能耗建筑能耗已经与工业能耗、交通能耗成为我国能源已经与工业能耗、交通能耗成为我国能源消耗的三大行业领域。消耗的三大行业领域。 建筑用能总量建筑用能总量已超过全国能源消费总量的已超过全国能源消费总量的1/41/4，随，随着人民生活水平的提高，将增加到着人民生活水平的提高，将增加到1/31/3以上。以上。城镇化城镇化-我国现代化的标志我国现代化的标志
4、Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境城市人居环境Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境城市气候环境城市城市水环境水环境人居环境人居环境城市气候环境城市气候环境太阳太阳辐射辐射热湿热湿环境环境建筑建筑风环境风环境 城市气候环境变化城市气候环境变化是人类经济社会活动是人类经济社会活动及生态环境对城市人居环境影响的及生态环境对城市人居环境影响的集中集中表现和综合表征
5、表现和综合表征。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University气候环境是城市人居环境的核心要素气候环境是城市人居环境的核心要素 城市气候环境包括城市气候环境包括热湿环境、城市与建筑风环境、热湿环境、城市与建筑风环境、城市水环境、太阳辐射城市水环境、太阳辐射等。等。 城市气候环境城市气候环境以城市所处地理背景和气候区域为以城市所处地理背景和气候区域为基础基础，影响着城市人居环境的，影响着城市人居环境的热舒适性、城市空气品热舒适性、城市空气品质质等要素。等要素。Xian Jiaotong Univer
6、sityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市环境问题城市环境问题城市城市水环境水环境人居环境人居环境消费活动消费活动生产活动生产活动原因原因原因原因城市环境问题城市环境问题近地层逆温近地层逆温热岛热岛污染物超标污染物超标极端天气极端天气城市气候环境城市气候环境太阳太阳辐射辐射热湿热湿环境环境建筑建筑风环境风环境Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境质量问题城市气候环境质量问题“热岛热岛”效应效应近地层的逆温层近地层
7、的逆温层大气污染物浓度长期超标大气污染物浓度长期超标气象灾害以及极端气候事件气象灾害以及极端气候事件Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 城市气候环境所造成的问题，它不仅城市气候环境所造成的问题，它不仅严重严重影响到人们居住环境的舒适性和身心健康，还影响到人们居住环境的舒适性和身心健康，还会造成城市对能源和资源消耗的增加会造成城市对能源和资源消耗的增加。 我国是一个应对气候变化能力相对较弱的我国是一个应对气候变化能力相对较弱的发展中国家发展中国家，随着城市化进程的不断加快以及，随着城市化
8、进程的不断加快以及居民用能水平的不断提高，城市人居环境会面居民用能水平的不断提高，城市人居环境会面临更加严峻的挑战。临更加严峻的挑战。城市气候环境质量问题城市气候环境质量问题Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境问题的原因城市气候环境问题的原因城市环境问题城市环境问题近地层逆温近地层逆温热岛热岛污染物超标污染物超标极端天气极端天气主要致使原因主要致使原因城市气候未融入城市气候未融入城市规划城市规划Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Uni
9、versityXian Jiaotong University城市规划现状缺乏对气候环境的结合城市规划现状缺乏对气候环境的结合 城市的盲目扩张和无序发展造成城市的盲目扩张和无序发展造成目前城市人居环目前城市人居环境质量问题，境质量问题，与城市规划中存在的问题密切相关与城市规划中存在的问题密切相关。 传统城市规划主要考虑风向、风频的影响。传统城市规划主要考虑风向、风频的影响。l 缺乏城市真实环境下中观、微观层面上的风环境缺乏城市真实环境下中观、微观层面上的风环境控制。控制。l 缺乏与城市用地布局、空间结构以及建筑设计建缺乏与城市用地布局、空间结构以及建筑设计建立直接的联系。立直接的联系。l 缺乏
10、从城市规划的角度将城市气候融入空间规划，缺乏从城市规划的角度将城市气候融入空间规划，达到改善人居环境的目的。达到改善人居环境的目的。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityv城市人居环境科学与国家需求城市人居环境科学与国家需求Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境科学城市人居环境科学城市环境问题城市环境问题近地层逆温近地层逆温热岛热岛污染物超标污染物超标极端天气极端天气人居环
11、境人居环境科学研究科学研究解决方案解决方案主要致使原因主要致使原因城市气候未融入城市气候未融入城市规划城市规划Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境科学研究的迫切性城市人居环境科学研究的迫切性 吴良镛院士所倡导的吴良镛院士所倡导的人居环境科学，人居环境科学，是城乡规是城乡规划学、建筑学、地理学、划学、建筑学、地理学、环境学等学科的综合性、环境学等学科的综合性、交叉性学科群。交叉性学科群。 它以人类聚居环境为研究对象，它以人类聚居环境为研究对象，从各分支学科方向从各分支学科方向探
12、讨人与环境之间相互关系以及相互作用的机理探讨人与环境之间相互关系以及相互作用的机理。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境规划城市气候环境规划城市环境问题城市环境问题近地层逆温近地层逆温热岛热岛污染物超标污染物超标极端天气极端天气城市气候未融入城市气候未融入城市规划城市规划城市规划城市规划气候环境耦合气候环境耦合人居环境人居环境科学研究科学研究解决方案解决方案解决方案解决方案主要致使原因主要致使原因Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Un
13、iversityXian Jiaotong University城市规划是改善城市气候环境的重要手段城市规划是改善城市气候环境的重要手段 城市空间规划必须与城市气候环境规划相结合城市空间规划必须与城市气候环境规划相结合，才能保证城市人居环境的健康发展。才能保证城市人居环境的健康发展。 城市规划和建筑布局不仅影响到城市建筑的风城市规划和建筑布局不仅影响到城市建筑的风环境和污染物的扩散，同时对城市人居环境的热舒环境和污染物的扩散，同时对城市人居环境的热舒适性产生重要影响。适性产生重要影响。 通过合理的空间规划、建筑设计、交通布局和通过合理的空间规划、建筑设计、交通布局和生态环境改善等手段，可以减缓
14、和适应城市气候变生态环境改善等手段，可以减缓和适应城市气候变化，营造健康的人居环境。化，营造健康的人居环境。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境图城市气候环境图n 城市气候环境图是科学指导城市规划的重要手段城市气候环境图是科学指导城市规划的重要手段 城市气候环境图从城市气候学的角度，城市气候环境图从城市气候学的角度，分析分析城市区域气候特点并将其结果用于城市区域气候特点并将其结果用于城市规划、环城市规划、环境保护及生态环境建设境保护及生态环境建设，是目前国外城市规划对是目前国
15、外城市规划对环境影响评估的先进手段环境影响评估的先进手段。 城市气候环境图与规划建议图城市气候环境图与规划建议图是城市规划的是城市规划的重要依据和人居环境质量的基础图集重要依据和人居环境质量的基础图集。 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境科学研究现状城市人居环境科学研究现状 近年来，虽然环境学科、气候学科、城市规划学近年来，虽然环境学科、气候学科、城市规划学科和建筑学科开展了城市人居环境质量、特别是气候科和建筑学科开展了城市人居环境质量、特别是气候环境的相关研究工作，但由于
16、环境的相关研究工作，但由于: :l现有分析城市人居环境质量的环境、气象和城市现有分析城市人居环境质量的环境、气象和城市基础建设相关数据不足；基础建设相关数据不足；l现有监测数据尺度较大，数据格式多样，数据质现有监测数据尺度较大，数据格式多样，数据质量不高；量不高；l各数据间缺乏相应的关联标准。各数据间缺乏相应的关联标准。 造成研究工作难以取得突破性进展和应用性推广。造成研究工作难以取得突破性进展和应用性推广。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University综合调查是城市人居环境科学研究的重要基础综合
17、调查是城市人居环境科学研究的重要基础 在城市社区建筑多尺度上，迫切需要开在城市社区建筑多尺度上，迫切需要开展城市人居环境质量的综合调查：展城市人居环境质量的综合调查：l 获取城市人居环境自然本底情况和基础科获取城市人居环境自然本底情况和基础科学数据；学数据；l 综合分析城市人居环境质量与自然、地理综合分析城市人居环境质量与自然、地理因素、城市规划与建筑布局及人为活动等因因素、城市规划与建筑布局及人为活动等因素的影响。素的影响。 为广泛开展和提升城市人居环境质量的综为广泛开展和提升城市人居环境质量的综合研究提供基础依据。合研究提供基础依据。 Xian Jiaotong UniversityXia
18、n Jiaotong UniversityXian Jiaotong University“十二五十二五”规划城镇化与城市发展重点工作规划城镇化与城市发展重点工作国家中长期科学和技术发展规划纲要（国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006200620202020年）年）重点领域重点领域“城镇化与城市发展城镇化与城市发展” （5252）优先主题优先主题“城镇区域规划与动态监测城镇区域规划与动态监测”：重点研究开发各类区域城镇空间布局规划和系统重点研究开发各类区域城镇空间布局规划和系统设计技术；设计技术； (56) (56)优先主题优先主题“城市信息平台城市信息平台”：重点研究开重点研究开发城市基
19、础数据获取与更新技术，城市多元数据发城市基础数据获取与更新技术，城市多元数据整合与挖掘技术，城市动态监测与应用关键技术，整合与挖掘技术，城市动态监测与应用关键技术，城市网络信息共享标准规范。城市网络信息共享标准规范。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityv城市气候环境的中尺度分析与城市气候环境图城市气候环境的中尺度分析与城市气候环境图Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市人居环境的
20、研究方法城市人居环境的研究方法整体论思想指导整体论思想指导大尺度大尺度 在宏观上把握城镇人居环境生态系统的在宏观上把握城镇人居环境生态系统的结构、功能和调节机理，为城镇的发展提供宏观结构、功能和调节机理，为城镇的发展提供宏观的战略指导和规划设计的战略指导和规划设计 还原论思想指导还原论思想指导中、小尺度中、小尺度 利用人居环境支撑科学的研究，阐述城利用人居环境支撑科学的研究，阐述城镇与自然、资源、环境之间关系，为城镇化提供镇与自然、资源、环境之间关系，为城镇化提供具体的指导具体的指导 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Ji
21、aotong University人居环境的多尺度层次图人居环境的多尺度层次图洋葱模型及支撑学科洋葱模型及支撑学科Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市气候环境分析图主要针对城市城市气候环境分析图主要针对城市“热岛热岛”问题提出问题提出，不一定适合我国部分城市可能以污染控制为主的城不一定适合我国部分城市可能以污染控制为主的城市人居环境建设的需要市人居环境建设的需要需要发展以减低城市污染、改善空气质量为主要目标需要发展以减低城市污染、改善空气质量为主要目标的的城市污染控制图技术城市污染控
22、制图技术 城市气候环境的多尺度分析城市气候环境的多尺度分析Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University西安市西安市- -自然背景自然背景Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong
23、UniversityXian Jiaotong University西安市的城区演变西安市的城区演变Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University西安市西安市- -主导风向主导风向Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University西安市主城北部布局西安市主城北部布局Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universit
24、y西安市西安市- -自然风阻自然风阻Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University西安市西安市- -城市风道城市风道Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University西安市西安市- -城市绿地管控城市绿地管控Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityv城市冠层气候环境的小（微）尺度分析城市冠层气候环境的小
25、（微）尺度分析Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市风环境城市规划城市风环境城市规划城 市 风 环城 市 风 环境 是 影 响境 是 影 响城 市 热 岛城 市 热 岛和 污 染 物和 污 染 物扩 散 的 重扩 散 的 重要因素要因素。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市规划对城市风环境的影响城市规划对城市风环境的影响建筑物密度的影响建筑物密度的影响Xian Jiaoton
26、g UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University建筑物高度及均匀性的影响建筑物高度及均匀性的影响Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University保留城市冠层内风场通道（保留城市冠层内风场通道（AVAAVA）建筑结构与布局建筑结构与布局Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市规划城市规划Xian Jiaotong Unive
27、rsityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University城市街谷城市街谷城市街谷城市街谷指两侧都有连续的高指两侧都有连续的高大建筑物的相对狭长的街道，是大建筑物的相对狭长的街道，是组成城市冠层结构的基本单元组成城市冠层结构的基本单元(Nicholson,1975)(Nicholson,1975)。城市街谷内空气和污染物在街城市街谷内空气和污染物在街谷顶部与自由流动气流完成交换，谷顶部与自由流动气流完成交换，形 成 特 殊 的形 成 特 殊 的 微 尺 度 气 候 环 境微 尺 度 气 候 环 境(Oke,1988)(Oke,1988)。城市街谷
28、微尺度气候环境的最城市街谷微尺度气候环境的最主要特征是受主要特征是受城市主导风（边界城市主导风（边界层流动）引起的街谷内流动层流动）引起的街谷内流动，如，如街谷漩涡、峡谷效应等。街谷漩涡、峡谷效应等。 城市街谷的大气环境质量体现了源排放的强度与扩散能力，城市街谷的大气环境质量体现了源排放的强度与扩散能力，也体现城市规划与设计的水平。也体现城市规划与设计的水平。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityOke(1988) 根据现场观测和数值模根据现场观测和数值模拟结果，将背景风向与街谷垂直时拟结
29、果，将背景风向与街谷垂直时街谷内空气流动的型态分为街谷内空气流动的型态分为3种。种。u孤立粗略流孤立粗略流(isolated roughness flow, AR0.3)u干扰流干扰流(wake interference flow, 0.3AR0.7) 街谷掠流导致街谷内产生独立回街谷掠流导致街谷内产生独立回流，限制了机动车尾气污染物向外流，限制了机动车尾气污染物向外传输，起地面附近污染物浓度很高，传输，起地面附近污染物浓度很高，大气环境很差，成为人们研究的重大气环境很差，成为人们研究的重点。点。 3种街谷流动型式 (Oke, 1988 )理想街谷的流动型式理想街谷的流动型式街谷内空气流动的型
30、态跟街谷的形状街谷内空气流动的型态跟街谷的形状因子因子( (高度与宽度的比值）密切相关。高度与宽度的比值）密切相关。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University非理想街谷的大气流动非理想街谷的大气流动非对称街谷非对称街谷对于非对称街谷，当迎风向建筑高于下风向建筑时，称为对于非对称街谷，当迎风向建筑高于下风向建筑时，称为下台阶流下台阶流动动；反之称为；反之称为上台阶流动上台阶流动。 风洞实验表明：风洞实验表明：上台阶流动时上台阶流动时，街谷内环流强度比均匀情形时要高，街谷内环流强度比均匀情形时要高
31、，有利于污染物传输有利于污染物传输(Hoydysh and Dabberdt 1988)。 下台阶流动下台阶流动时，不同文献对街谷内流场的描述不同。可能产生上下时，不同文献对街谷内流场的描述不同。可能产生上下两个反向旋转的漩涡，不利于污染物传输两个反向旋转的漩涡，不利于污染物传输(Baik, Park et al. 2000; Nazridoust and Ahmadi 2006)；也有可能产生一个漩涡；也有可能产生一个漩涡(Nazridoust and Ahmadi 2006)。 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jia
32、otong University现场观测表明，即使在顶部来流垂直于街谷轴现场观测表明，即使在顶部来流垂直于街谷轴向时，向时，非均匀街谷内有明显的沿街谷流动非均匀街谷内有明显的沿街谷流动，经经典的街谷内环流漩涡变得不明显典的街谷内环流漩涡变得不明显。在真实街谷内有明显的在真实街谷内有明显的垂直速度垂直速度，其平均值大，其平均值大小与街谷顶部来流平均速度相当，可见并非由小与街谷顶部来流平均速度相当，可见并非由街谷内环流漩涡的不稳定变化引起街谷内环流漩涡的不稳定变化引起;街谷内水平街谷内水平方向上流场源与汇的存在，并能引起方向上流场源与汇的存在，并能引起污染物在污染物在沿街道方向形成非均匀分布沿街道
33、方向形成非均匀分布(Nielson,2000) 。Schatzman et al (2000)则在非均匀街谷内观测则在非均匀街谷内观测到了污染物在沿街谷方向上的非均匀分布。到了污染物在沿街谷方向上的非均匀分布。非均匀街谷的流动示意图 非理想街谷的大气流动非理想街谷的大气流动非均匀街谷非均匀街谷Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University非均匀街谷内的典型流线非均匀街谷内的典型流线(高层建筑物分离高层建筑物分离)空气从进入计算区域，经由街谷空气从进入计算区域，经由街谷内回旋然后流出计算区域的整个内
34、回旋然后流出计算区域的整个过程，清晰展示了街谷内的流场过程，清晰展示了街谷内的流场结构，包括结构，包括气流在迎风面、背风气流在迎风面、背风面及地面附近的偏斜面及地面附近的偏斜。非均匀街谷内回旋涡并不是完全非均匀街谷内回旋涡并不是完全被限制在街谷内部，而是联通着被限制在街谷内部，而是联通着街谷外部大气。也就是说，街谷街谷外部大气。也就是说，街谷内部大气与街谷外部大气之间存内部大气与街谷外部大气之间存在在宏观的质量交换宏观的质量交换。这种宏观的。这种宏观的质量交换基于可解速度流场，相质量交换基于可解速度流场，相比与湍流交换而言，可以称之为比与湍流交换而言，可以称之为大尺度宏观对流运动大尺度宏观对流
35、运动。非理想街谷的大气流动非理想街谷的大气流动非均匀街谷非均匀街谷Gu & Zhang et al. 2011, Building and Environment, DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.06.028 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University太阳辐射太阳辐射引起城市街谷内壁面温度分布不均，导致引起城市街谷内壁面温度分布不均，导致街谷内大气不稳定街谷内大气不稳定。受太阳直照的墙壁或地面温度明显比街谷内大气温度高受太阳直照的墙壁或地面温度明显比街谷内大气温度高
36、(Nakamura & Oke 1988; Offerle et al. 2007)，而街谷大气温度几乎呈现均匀分布，大气温度的变，而街谷大气温度几乎呈现均匀分布，大气温度的变化仅限与靠近壁面的很薄一层内化仅限与靠近壁面的很薄一层内(Solazzo & Britter 2007; Idczak et al. 2007)。 受热壁面附近空气温度变化受热壁面附近空气温度变化 (Idczak, 2007 )街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响大气稳定度大气稳定度Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaot
37、ong University街谷建筑物街谷建筑物壁面受热壁面受热引起街谷内大气不稳定，引起街谷内大气不稳定，增加增加街谷内空气环流强度，街谷内空气环流强度，引起街谷内空气流动主漩涡中心向迎风面偏移引起街谷内空气流动主漩涡中心向迎风面偏移; ;u背风面受热背风面受热使得背风面附近上升气流增强，增加街谷内空气环流强度使得背风面附近上升气流增强，增加街谷内空气环流强度; ;u迎风面受热迎风面受热时会引起街谷内空气环流的减弱，随街谷内大气不稳定度时会引起街谷内空气环流的减弱，随街谷内大气不稳定度的增加甚至会引起迎风面下角处空气流动停滞或形成二次漩涡流动。的增加甚至会引起迎风面下角处空气流动停滞或形成二
38、次漩涡流动。热浮力热浮力街谷内的街谷内的大气环流大气环流街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响建筑物壁面受热建筑物壁面受热Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University背景来流是驱动街谷内空气流动的主要动力源背景来流是驱动街谷内空气流动的主要动力源，来流风速风向对街谷，来流风速风向对街谷内空气流动特征有很大影响。内空气流动特征有很大影响。以前的研究大都用来流的以前的研究大都用来流的平均速度和主导风向平均速度和主导风向定义模拟边界条件，定义模拟边界条件，忽忽略了来流自身的湍流特
39、征略了来流自身的湍流特征。Zhang and Gu et al. (Atmospheric Environment, 2011,45(20): 3352-3359)提出了一种在大涡模拟中实现序列变化的边界条件的方法，并模拟了提出了一种在大涡模拟中实现序列变化的边界条件的方法，并模拟了真实变化风环境下理想街谷内大气流动真实变化风环境下理想街谷内大气流动与污染物扩散过程的演化。与污染物扩散过程的演化。街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Zhang & Gu et al. 2011, Atmospheric Environment, DOI: 10.1
40、016/ j.atmosenv. 2011.03.055 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University实验测量风速风向随时间的变化实验测量风速风向随时间的变化(星号表示风向，圆点表示风速星号表示风向，圆点表示风速)边界条件由实地测量风速风向确定。边界条件由实地测量风速风向确定。街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Zhang & Gu et al. 2011, Atmospheric Environment, DOI: 10.1016/ j.atmo
41、senv. 2011.03.055 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityx/Hz/H00.511.5200.511.521x/Hz/H00.511.5200.511.521x/Hz/H00.511.5200.511.521x/Hz/H00.511.5200.511.521x/Hz/H00.511.5200.511.521x/Hz/H00.511.5200.511.521 TSM30 TSM35 TSM40 TSM45 TSM50 TSM60Reference vector, 3ms-1,
42、 x/Hz/H00.511.5200.511.52真实来流条件街谷展向中截面上流线及速度矢量的演化过程.街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Zhang & Gu et al. 2011, Atmospheric Environment, DOI: 10.1016/ j.atmosenv. 2011.03.055 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong Universityx/Hz/H00.511.5200.511.521z/Hz/H0.511.50.511.5 (
43、a) 真实来流的模拟真实来流的模拟 (b) 稳态来流的模拟稳态来流的模拟街谷展向中截面上平均流线及速度矢量分布平均流场平均流场街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Zhang & Gu et al. 2011, Atmospheric Environment, DOI: 10.1016/ j.atmosenv. 2011.03.055 Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University0.050.10.150.20.510.3x/Hz/H00.511.52
44、00.511.520.050.10.30.210.20.50.30.2z/Hz/H0.511.50.511.5(a) 真实来流的模拟真实来流的模拟 (b) 稳定来流的模拟稳定来流的模拟街谷展向中截面上污染物浓度(mgm-3)统计平均值分布平均污染物浓度分布平均污染物浓度分布平均来流平均来流街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Zhang & Gu et al. 2011, Atmospheric Environment, DOI: 10.1016/ j.atmosenv. 2011.03.055 Xian Jiaotong UniversityXi
45、an Jiaotong UniversityXian Jiaotong University000.0100.010-0.01x/Hz/H00.511.5200.511.52-0.0020.001-0.00100000z/Hz/H0.511.50.511.5(a) 真实来流的模拟真实来流的模拟 (b) 稳态来流的模拟稳态来流的模拟街谷展向中截面上污染物垂直湍流通量(wc/mgm-2s-1)污染物湍流扩散：污染物湍流扩散：真实来流条件下，污染物湍流扩散强真实来流条件下，污染物湍流扩散强度比稳定来流时高一个量级度比稳定来流时高一个量级。平均来流平均来流Zhang & Gu et al. 2011,
46、 Atmospheric Environment, DOI: 10.1016/ j.atmosenv. 2011.03.055 街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响背景风速风向背景风速风向Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University绿化树木会降低街谷环流风速绿化树木会降低街谷环流风速，增加街谷内污染物浓度尤其是在地，增加街谷内污染物浓度尤其是在地面和背风面附近，而迎风面附近污染物浓度可能会降低。面和背风面附近，而迎风面附近污染物浓度可能会降低。街谷内绿化树木能改变街谷内大
47、气温度分布街谷内绿化树木能改变街谷内大气温度分布，在不同太阳辐射条件，在不同太阳辐射条件下引起街谷内大气稳定度的复杂变化。这使得对绿化树木对街谷内下引起街谷内大气稳定度的复杂变化。这使得对绿化树木对街谷内空气流动和污染物扩散影响的研究更加复杂。空气流动和污染物扩散影响的研究更加复杂。总的来看，总的来看，城市街谷内绿化树木不利于污染物向外传输城市街谷内绿化树木不利于污染物向外传输。有树木绿。有树木绿化的街谷内污染物浓度能比裸露情形时化的街谷内污染物浓度能比裸露情形时(没有树木绿化时没有树木绿化时)高高8(Ries, 2001)。 街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响树木绿
48、化树木绿化Gu & Zhang et al. 2010, Science in China Series, E-Technological Sciences, DOI:10.1007/s11431-010-3243-x Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University街谷内物理因素及边界来流的影街谷内物理因素及边界来流的影响响树木绿化树木绿化Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University行驶车辆对街谷内
49、大气流动及湍流都有明显影响，尤其在街谷行驶车辆对街谷内大气流动及湍流都有明显影响，尤其在街谷底部及微风条件下；底部及微风条件下；对背风面的影响比迎风面要大；对背风面的影响比迎风面要大；Mazzeo et al. (2009) 根据现场观测结果分析车辆诱导湍流对街根据现场观测结果分析车辆诱导湍流对街谷内谷内CO浓度的影响，浓度的影响，当顶部自由风速大于临界速度时当顶部自由风速大于临界速度时CO浓度浓度比不考虑车辆诱导湍流时低比不考虑车辆诱导湍流时低29%。 街谷内物理因素及边界来流的影响街谷内物理因素及边界来流的影响车辆诱导湍流车辆诱导湍流Xian Jiaotong UniversityXian
50、 Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 所有现场观测、风洞试验都有一个共同的目标，即为模拟、预报街谷内所有现场观测、风洞试验都有一个共同的目标，即为模拟、预报街谷内空气流动与污染物扩散的数值模式开发提供依据。空气流动与污染物扩散的数值模式开发提供依据。现有的现有的模拟与预报数值模式主要有两类模拟与预报数值模式主要有两类。根据根据实验数据参数化而得出的经验实验数据参数化而得出的经验(半经验半经验)模式模式，包括，包括OSPM、AEOLIUS Full、ADMS-Urban等。等。经验经验/半经验模式对街谷内流场的描述不够详细，往往限制其模拟精度；
