在全球气候变化的背景下，随着城市发展和城市人口的增多，城市风环境以及污染物的传播日益成为人们关注的问题，也是城市建筑节能的基本科学问题。城市风环境作为影响城市室外空间环境舒适度的一项要素，近年来越来越多的被我国的城市规划工作者所关注，我国数十个城市夏季的持续高温以及冬季弥漫在近半国土上的严重雾霾，把城市公共空间的风环境问题推进了公众视野。因此，对大城市地区的风环境及其污染物传播规律的分析模拟具有重大意义。在于通过对大城市风环境的分析与模拟，得出风环境与污染物传播规律的相关结论，对日后进行的城市规划、布局等方面皆有重大的理论贡献，为最优的城市规划和布局方法提供理论知识条件。合理的城市规划与布局可以提升城市风环境质量，减少污染物的传播，改善城市地区气候问题（例如热岛现象），提升城市居民生活舒适度，对可持续发展做出重大贡献。

随着计算机的发展和数值模拟的不断完善，数值研究已经成为研究城市风环境的主要方法之一。现有的数值模拟或预测方法主要分为俩大类：第一类为基于气候模式的大尺度/或中尺度数值模拟方法。第二类为小（微）尺度数值模拟方法。大尺度/中尺度数值模拟方法主要是应用于天气预报，所预测的中尺度城市风环境的结果精度不高。在风流模拟中，由于对计算能力的限制，难以实现大城市中所有建筑物的全分辨率。建筑工程师和建筑师经常需要在某个城市预测和设计一个围绕着一个或更多建筑物或者在建筑物内部的风环境（即建筑群）（Blocken et al。2007;Yi等人。 2008; Chan等人。 2008;李和尼尔森2011;Blocken 2014）。在进行此建模时，主要问题是如何将建筑物和设计目标周围的地形影响考虑在内。通常有两种方法用过的。首先是假设周围的环境和整体城市环境是已知的（Franke 2006），并且指定已知的边界条件。这种方法显然是理想的，它已被广泛用于实验和数值模拟。有一些研究仅仅使用了恒定的入口速度，而更先进的研究使用了理想的大气剖面。例如，Meroney等人。 （1996）做了风洞实验规定的大气边界层风廓线。一种方法是在模拟中涵盖大量的或“充足的”周围建筑物的数量（Tominaga等人2008; Yamaoka等人2008），但要忽略超出计算领域的建筑物。例如张和Meroney（2000,2001,2003a，b）就考虑过了在目标建筑物周围有八排。第二种方法被认为更适合工程应用，它已被广泛使用。但问题仍然存在于周围建筑物的数量要多少才是充足的。伍（2009）建议研究区域需要包括一个圆的半径是最高的建筑（H）的两倍。 Tominaga等人。 （2008）提出1-2H半径就足够了。因此，代表周围环境的所需长度仍有争议。

所以只有探讨一种合理的建模方法，可以对整个城市地区的风环境进行数值模拟，并且只需要当前可达到的计算能力。不但扩大了模拟的范围，而且不会失去目标的主要特征区域。利用该建模方法的数值模拟分析所得出的城市风环境与污染物传播规律等结论也就是本次研究的目的。

2. 研究的基本内容与方案

主要内容：

1.城市多孔介质模型的建立。

在风流模拟中，由于对计算能力的限制，难以实现大城市中所有建筑物的全分辨率。探讨一种可能的建模方法：将城市建成区的一部分作为多孔介质，同时为了分析，充分解析目标区域建筑物。使用多孔湍流模型进行宏观模拟，可有效减少网格数，通过与其他常用的模拟方法进行比较对其进行评估。这种建模方法提供了使用多孔湍流模型模拟整个城市的可能性，且只需要当前可达到的计算能力，从而扩大了模拟的范围，而不会失去目标的主要特征区域。

模拟整个城市风流的挑战性很大，要回答这个问题，需要考虑更大规模的问题，即风流如何相互作用穿过整个城市。众所周知，没有一个建筑物是独立于其他建筑物周围的气候和环境的。当有强烈的天气风，大相干结构存在于城市冠层之上，对冠层内风流场具有影响。当天气风弱时，城市羽流会形成。在两种情况中都存在城市规模现象表明经过每个建筑物周围的风流是相互连接的。从整个城市中分离出单个建筑物周围环境的难度显而易见。当接近一个高层紧凑的城市时，天气风的速度和方向将会改变，部分风因城市的抵抗而偏转，部分风被迫通过城市，还有一部分则进入城市冠层。在一座大城市中所有的建筑物和街道在气候和环境方面的相互联系是形成一个复杂的城市气候和环境系统的基础。

将城市冠层作为多孔介质建模，使用多孔湍流模型进行宏观模拟，可有效减少网格数，尤其是多孔网格数网格尺寸可以是流量变量梯度小的区域大于建筑规模（或多孔介质中固体物体的大小）。这种方法的提出，使得只需当前计算能力的多孔湍流模型来模拟整个城市，并且捕捉感兴趣区域的主要特征成为可能。城市的绝大多数被建模为多孔介质，并且关注的领域是使用全解析的方式建模的几何。通过数值分析并与其他模型比较评估来验证该建模方法的可行性。

2.污染物传播规律的影响因素。

城市化进程导致城市人口和建筑密度越来越大,城市通风状况越来越差,恶化热岛效应和空气污染水平,加速流行性疾病在城市范围内的传播。改善城市通风状况是解决上述城市环境和健康问题的有效方式。鉴于我国大部分城市热岛效应及空气污染水平的严峻形势,应该采取有效措施提高城市通风状况,以达到有效改善城市热岛效应和空气质量的目标。