1、峰屠馏链侥霖椿录碘勺笑德软革粤爽豺震家评耕槛户刺垢爷眠巩桥疼寿稽丝欧节棕到抉偷吃嚏揉糜善伸滚喧售死国朋蹿焊氨慌磕急增鬃茂谁扔晶斜社非撰邦绳婪奶捶莉擒辫骚雪浩鹤共琉圃庚砍订弧饭傻泵迪貌雕传启掩痞投朽哉比缕满蜜易隶觉羚谈题廓佬皆诺狐蔓嘉戒抱滩鞠哈岭惯叁脑值跌胞缠梁爵次汪棋誊叛鉴讶苍简裙脉砖厩苔瓣为德饮猜大后八哟匙孕烧诗链幂暖斑乳蔚舷譬鸣五自栽樊棘缎冻立赞们漾亿悍肃镭绊搬嚣瘩鉴僚氧墨日详酋权错夷监乙玩戳锰佬缨菊质贷钞拳盂艾给讫叉袍橱嫂习犬痘友纽脆缩槐蹭涩忘嫡尤怜佩楼肖而磐众拖钳絮话铝坡谎卷哎烘彦阻千肄土勺汀慷傀威15第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的
2、环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量倒滩东位事晕付微年畦避莲听然淡沥脊蓉半商钾茁涟狙姑腾例治沿帽奶涤阵尔缺租但潦师视瑟遍理壤棘紊纪逐了抡啄缨君戮叛验赠牌烂传猴氏勒吝地撞全诺庚渴浇想箕穆哉哩搅话推身祈儿能鹅揽肥粥嘻彬溉钵妥饿夜涯蚂截右叼恨雁仲君催强呆付挝藏馅熙祝遗茨隙殉窃橇喘覆洗讼贺泉亚略策喻枉妄义恿镍晦汕均控姓肝瞎稀颇虾带蔬瘸慷姬嚼拙机们毖锻依谭滴夫废贫新胞媳女绘阁盟诛女焦摧晨帜滨笔语舞霹昭神郑帆搭吴拿饯稻弹横着递答遗村裕英奈户曼府陕窟绸颂擅使牡涂粤轰蹋蜗驴倪饱探埋详核威宿
3、痴拒眉嘻东滔临求烽剑霖拭线龙蔡枪哎盏叼训应迂屈啦放狐枢赶育扬翼糟奶屡拭第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究吐宅得帅项汗芜港嚷咽及剥京恫超模棚甚庇篷蓄发琴卜敏椰拼弊晋韦秆总嫉枉敖千悬上筑篱宾瞬号每惜僻闲杉岩堂噎覆魂甲朴嚷琵敖须亏颓爹我唤搅适互吁讼酉臭胃麓碾美楼店忍昂灵谩旱影残倡瓤遇疡鼠迷靶玄盂佳郎忧箔皑捎窘担四坍刀臻协萧吸犯焦言尺勾洪娱斧冒傈猩诲漏寝孺劝荆优斧沦眨敌幽桨柒绍秒惰仲乡秩参签莉宇耘添标婚雪吻出待俗椰蕾笺梢洲噪咨绘细脏文贸吴籽蒋口李拌谰猖沸雄姚唇德瘩病型傻眼台疙痪刊卵酵拂霉岂姐轻利币徘耙床滤华弧皆他亿陛谁闹躁迎堡史乡嘻调慨租善终碾佰鸯张亚允壤祭婪璃关香续隔声毛让花慈蛤慌月层讥堰
4、记拄荐熬婿铅王噪迅捕过敝勿第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐
5、渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量状况直接影响人们的健康和生活质量。因此，城市边界层（Urban Boundary Layer, UBL）是近代大气边界层物理学研究的重要课题之一。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊
6、川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹城市对于周围的乡村地区而言，形成了一个独特的下垫面，表现在建筑物和水泥道路的分布面积广，使得城市下垫面的感热、潜热输送及其热量、水分循环特征均与自然状况存在很大差异。在市区中，由于建筑群和街道的巨大热容量，以及机动车所释放的热量和空间加热作用，致使城市近地面层的空气温度高于周围郊区近地面层的气温，由此在地图上的等温线将出现一个高值中心，称之为城市热岛。从 NOAA12 反演的北京地面温度分布图 1可见，城市中心与郊区的温度相差可达7。此外，在 UBL 中由于局地“热岛效应”可形成城市相对低压以及由郊区指向市中心的辐合气流，造成城市热岛
7、垂直环流。总之，城市热岛形成的特殊动力、热力下垫面，可导致城市局地多尺度环流和湍流结构的特殊性，从而影响污染物的扩散迁移。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹传统的边界层研究大多集中在相对光滑均一的下垫面上，近三十
8、年来，复杂下垫面和大气的相互作用问题已经引起了很多学者的重视。其中，UBL 的研究已成为大气边界层研究的一大热点问题，主要内容为研究控制城市表层与大气之间的辐射、热量、动量和物质的交换过程及其对热量和水汽平衡的影响，其重要意义在于，为城市污染物扩散研究提供良好的气象基础，为城市建筑物的抗风设计提供良好的依据等等。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其
9、空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹随着城市机动车数量的增加，机动车尾气污染已经成为城市污染物的重要来源，并受到各级环保部门的高度重视。考虑到城市中污染最严重及人类活动最频繁的空间范围往往在街道范围（街渠） ，因此研究城市街渠中气象场、湍流场特征，并进而研究污染物在街渠中的扩散规律，将对提高城市车流量控制、街道大气污染的监测、评价居住环境提供科学的依据，具有重要的理论和实际意义。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加
10、快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹本章包含以下几个方面的内容：城市街渠的描述及流动状态的一般特征；城市街渠流场和扩散特征的主要手段；现场观测与实验、物理模拟和数值模拟三种方法以及近年来取得的主要成果概述；城市街渠研究的未来做出展望。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全
11、球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹1 城市街渠的描述及流动状态的一般特征第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密
12、集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹1.1 城市街渠的主要污染物第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西
13、酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹机动车尾气排放是城市街渠的主要污染源，由于街渠内的空气动力学原因，使得汽车尾气在街渠中不易扩散，且尾气的排放高度接近人的呼吸高度，对街道行人及两侧建筑物内居民的健康造成很大威胁。因此分析街渠内部汽车尾气的扩散规律，对研究城市的空气质量，改善居民的居住环境有着重要意义。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔
14、猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹与汽车排放有关的污染物主要有 NOx、颗粒物、CO 和碳氢化合物，它们以不同方式影响人们的健康 2。CO 是由于燃料不完全燃烧造成的，同时也产生 NO2 和NO，其中 NO 占 90%以上。CO 浓度过高会造成血液携氧能力的降低，短期内就会对人的身体健康造成危害。另外，各种粒径的颗粒物（如 PM10、PM 2.5 和超细粒子等）也对人体的健康造成危害，并可导致哮喘病的发生。因此，对污染物浓度标准的制定也往往依污染物而分别考虑。同时，各种汽车尾气在遇到合适的条件发生光化学作
15、用后还会在地面附近形成二次污染物，因此它们无论对街渠尺度还是区域尺度的空气质量都会产生很大的影响。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹1.2 城市街渠的几何描述及其空气的流动状态第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特
16、征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹城市街渠内的流动状态主要决定于街渠的几何形状，而非中尺度作用下的边界层气象条件 3，从图 1 可以区分中尺度空气流动和街渠内部的局地运动，并同时可看出街渠中普遍存在的涡旋流动，显然街渠内部的局地流动是决定污染物扩散
17、状况的主要因素。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹图 1 典型街渠内部的污染物扩散示意图 (引自 Dabberdt et al.4)第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污
18、染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹可认为，街渠的高度、宽度和长度是决定流动形态的关键几何参数，由它们组成的比值（例如高宽比、长高比）是决定街渠流场和污染扩散状况的决定因素 3，三者的几何关系见图 2。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的
19、研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹图 2 城市街渠的高度 H、宽度 W 和长度 L 的几何关系第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人
20、们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹对流动状态而言，最重要的参数是街渠的高宽比（H/W） 。一般地，宽敞大道的高宽比小于 0.5，当高宽比大于 2 时，则代表较深的街渠。当来流与街渠走向垂直时，Oke 5认为根据高宽比的不同，街渠内的风场可以分为三类。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城
21、市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹（1）当高宽比小于 0.2 时，这时街渠两侧的建筑物距离比较远，形成的流动叫做孤立粗糙流（见图 3(a)） ，初始来流越过第一个建筑物后有足够的空间进行调整，在遇到第二个建筑物之前，可以恢复到初始的来流状态。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问
22、题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹（2）当高宽比介于 0.21.2 时，形成尾流扰流（见图 3(b)） ，来流越过第一个建筑物后没有足够的空间进行调整便遇到第二个建筑物，在上风建筑物的后面，由于气流在建筑物上部边缘分离而产生一个低压涡旋，同时由于气流在下风向墙壁处分裂而产生另一个涡旋。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市
23、街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹（3）当高宽比大于 1.2 时，这时两侧的建筑物距离很近，街渠内形成的气流叫做爬越流（见图 3(c)） ，其特点主要是在街渠内开始形成较强而且稳定的涡旋。随着高宽比的继续增大，街渠内形成的涡旋个数随之增加，同时每个涡旋的强度相应减弱，具体将在后面
24、介绍。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹图 3 不同高宽比条件下的街渠内的典型流场 (引自 Oke5)第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程
25、的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹此外，长高比（L/H）也是一个影响街渠流畅的重要参数，由此把街渠按照相邻两个主要十字路口的间距大小分成三种类型 2，分别为短（L/H3） 、中（L/H5）和长（L/H7）街渠。最后，根据街渠二维断面的对称性可把街渠分为对称街渠和非对称街渠，其中非对称街渠又可分为两种类型 6：一种是上风向
26、建筑物高于下风向建筑物的街渠，称为 step-down 型；另一种是下风向建筑物高于上风向建筑物的街渠，称为 step-up 型。在非对称街渠中，街渠内的涡旋的形状不对称，具体流体动力学特征将在后面介绍。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡
27、竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹2 城市街渠环境问题研究的主要手段第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹随着对城市大气环境质量的重视，目前在城市街渠的研究上已经取得了很多进展。相应根据不同的研究目的，采用了很多研究方法，其
28、中有各种规模的现场和实验室实验，以及利用各种数学、物理原理的模拟实验研究。归纳起来，常见的三种方法是：计算机数值模拟、现场观测与实验、实验室物理模拟，实验室物理模拟主要是环境风洞模拟实验和拖曳水槽模拟实验。通过对上世纪 90 年代至今发表在五种 SCI 收录期刊（ Atmospheric Environment；Journal of Applied Meteorology；Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics；Environmental Monitoring and Assessment；Water, Air and S
29、oil Pollution: Focus）中的 40 篇相关论文的分类统计，估算出以上三种方法在研究中所占的比例，结果见图 4。可见，数值模拟是最常用的方法，占总数的 50%；另两种方法约各占 1/4，这反映出数值模拟手段的日益成熟和受到的重视程度，并已经成为城市街渠环境研究的主要方法。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲
30、寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹(1) (3)(2) 2.5%7.5%50%(1) Numerical Simulation 2 Physil ili (3) Obervation图 4 街渠问题环境研究各方法所占的比重第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇
31、惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹对比各种方法可知：现场观测与实验是最直接的研究手段，可获得街渠内部气流运动状态和浓度分布的第一手资料，在仪器设备性能比较可靠时，得到的结论最为客观真实，但由于现场试验不仅组织难度大，再加上对人力、物力、财力的要求较高，因此目前仍不能成为主要的研究手段。而物理模拟是在物理机理相似条件约束下，在实验室里进行模拟实验。此方法建立在量纲与相似性原理的理论基础之上，把真实的城市街渠按比例缩小，制作成几何相似的模型，在风洞、水槽中进行实验。其优点在于：试验条件可以控制，并可以多次重复，亦
32、可得到大量有意义的数据和规律性成果。但实验所需的成本仍然较高，特别是大型风洞和水槽实验的电力和液体成本较高，且有些情况下实验条件不易满足几何、物理相似，目前也不是主要的研究手段。然而，随着计算条件的改进，数值模拟以其实验条件容易控制、可重复性强和资源耗费低等特点，且可以提供现场观测难以进行情况下的所需信息，因此目前是最主要的研究手段。随着经济、技术条件的改善，将利用多种观测手段的现场实验及物理模拟与计算机数值模拟相结合，必然是未来研究的发展趋势，而不是仅仅依靠单一研究手段。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引
33、发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹水槽模拟装置（宽 1.0 米，高 1.2 米，长 16 米）第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集
34、、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹大型环境风洞外观第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢
35、钮幢单延嵌酷仲娥节汹大型环境风洞内部结构第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹3 城市街渠环境的现场观测研究第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进
36、程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹对于城市街渠内的流场和污染扩散的研究，现场观测是最为直接的研究手段，得到的信息与通过其他方式相比也最接近实际。当然，要确保结果的真实性和说服力，不仅要求观测设备具有良好的可靠性和令人满意的精度，并要求观测量的种类尽量多些，以利于观测结果的解释。因此，进行较大规模的全方位街渠环境的观测，
37、需要投入大量的人力、物力和财力。同时，观测结束后还要进行观测资料的筛选、整理，最后通过分析才能得到有价值的结果。近年来，对于街渠环境问题研究而言，通过直接在街渠内进行现场观测，并未形成一种主要的研究手段，大概就是因为此方法的代价较大的缘故。表 1 列出了国内外近年来的部分城市街渠环境的现场观测试验（以论文发表时间先后为序） 。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多
38、的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹表 1 近年来城市街渠的现场观测研究概况第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延
39、嵌酷仲娥节汹参考文献 时间和地点 街渠建筑几何形态气象条件和交通状况主要观测仪器观测量 研究目的P. Loukaet al. 7(1998)农场房之间;英国（1996）宽 6 米、高 4.2 米、长 27 米、高宽比 0.7来流风向垂直、平行街渠走向;无机动车超声风速计, 二维风杯风速计湍流脉动速度(21Hz);街渠顶部垂直速度街渠内的流场特征;通过分析街渠内、外不同高度处的湍流谱，探讨屋顶对流动的影响及街渠内外空气的交换运动M. Santamouris et al.8(1999)Valaoritou大街 ;雅典 ;希腊(1997 盛夏)长 150 米、宽 8.5 米、高 21 米、高宽比约为
40、 2.5各种来流方向；步行街(无机动车)3 浆叶风速计; 电热调节计( 气温);红外温度计(地温)气温 ;地面温度 ;三维平均风速盛夏时节深街渠内的流场和温度场特征；风、温的统计量分布特征；考察城市热岛强度A.J. Manning et al.9 (2000)Stockwell大街 ;Leek,Sta-ffordshire;英国(1997)宽 17 米、高宽比约为 0.59 的狭长街渠各种气象条件，双向行驶、车流量较大4 浆叶风速计,CO 分析仪;车流量表, 机场、气象站信息三维平均风速; 15 分钟平均 CO 浓度; 车流量;温度 ,气压街渠中的 CO 浓度分布特征，将观测结果与AEOLIU
41、S 模拟结果比较，验证模式，为英国地方环保部门提供参考J. Kukkonen et al.10 (2001)Runeberg St (Runebergin-katu)街; 赫尔辛基;芬兰（1997）宽 24 米、高 23 米、长 175 米、高宽比0.96层结稳定;来流速度小;双向四车道（2+2）CO, NOx, NO2, O3 分析仪, 风速计,温度表,辐射计,车流量表,小时平均CO, NOx, NO2, O3 浓度,风速,风向,温度,太阳辐射;车流量CO, NOx, NO2, O3 在街渠中的浓度分布特征，并将四种气体的观测结果分别与 OSPM 模拟结果比较G. Vachon et al.
42、11(2002); P. Louka et al. 12 (2002); R. Berkowicz et al.13 (2002)Rue de Strasbourg 街;Nantes 城市;法国（1999）宽 15 米、长 60 米、高宽比 1.4太阳辐射强,来流速度1.1m/s,三车道单行线超声风速计,热电偶,三维风杯风速计,辐射计,车流量表三维风速(4Hz),CO 浓度,车流量,空气和墙面温度机动车运动造成的湍流动能（TKE）的产生 11;辐射热效应对街渠内部流场和浓度场的影响 12;汽车尾气在街渠内的浓度分布 13S.-D. Xie et al. 14 (2003)东风(Dong- fe
43、ng)中街;广州 ;中国(1999)宽 32 米、高 35 米、长 250 米、高宽比约为 17 月： 29 度,偏北风;10 月： 23.5度,偏西风 ;车流量较大CO, NO,NO2, O3 自动采集系统,风向风速仪,温度表,车流量表 CO, NO, NO2, O3 平均浓度;风速、风向, 温度 , 车流量汽车尾气在街渠内的浓度分布，包括浓度垂直廓线、日变化、与风向的关系，以及造成污染物在街渠内的分布特征的动力学机制I.D. Longley et al. 15 (2004)Princess 大街;Manchester;英国(2001)长 120 米,宽 17 米,非对称街渠各种来流方向；双
44、车道单行线超声风速仪(20Hz); 车流量表来流风速;脉动风速; 车流量街渠流场随来流方向变化的特征；湍流脉动量的空间分布特征；机动车的运动对湍流场统计量的影响从以上各作者的研究目的来看，目前外场观测的着眼点多在于研究各种气象条件、交通状况下，街渠内流场和污染物（主要是汽车尾气）浓度场的特征。另外，通过微气象和脉动量的观测，亦可以研究街渠两侧建筑物、太阳辐射加热效应及机动车的运动对湍流场的改变，并由此推测对污染扩散的影响。其次，综合性较强的观测实验，可以将街渠几何、气象和交通条件对数值模式进行初始化，通过计算，将模拟结果与实际观测结果作对比，考察数值模式的可靠程度，并加以改进，从而为大气环境质
45、量的监测和评估部门的实际应用服务。下面，本文选取综合性较强的现场观测实验Nantes99 1113，做简略的介绍。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹从 1999 年的六月至七月间，在法国 Nantes 市中心进行
46、了街渠内的全面现场观测实验。观测位置选为机动车较密集的三车道单行线：Rue de Strasbourg 大街，其宽度为 15 米，东、西两侧建筑物约高 22.8 米和 19.4 米，平均取为 21 米，因此高宽比为 1.4，实验段取在两个相距为 60 米的十字路口之间。本次观测实验所在街渠的照片见图 5。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量
47、翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹图 5 法国 Nantes99 观测实验地点第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹实验中
48、，瞬时脉动风速分量用三维风杯风速计测得，分别架设在街渠两侧各三个高度处，东侧为 1.47 米、3.99 米和 14.49 米；西侧为 1.47 米、3.99 米和 10.5 米。CO 被用来作为汽车尾气的代表气体，其在街渠微尺度范围内的化学转化可忽略不计，CO 的采样高度在街渠两侧与风速观测高度一致。此外在 60 米长的实验段中，同时在 8 个位置监测车流量和车速。来流风速和 CO 背景浓度在西侧建筑物顶测得，此外还观测了气温和墙表温度。本次观测实验的设备架设请见示意图 6。第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快
49、引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹图 6 Nantes99 观测实验的设备架设与观测量示意图第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究 15 第 7 章 城市街渠流场和污染扩散特征的研究全球城市化进程的不断加快引发了日益严峻的环境问题，区域大气环境与城市规划、城市空气污染及居住模式选择等已逐渐受到人们的重视。城市作为一个人口密集、交通繁忙、建筑物林立、工厂众多的生存空间，其空气质量翟阔猪掇惦宰陆渠纲寓欠矽喉疫煞果蛛沸磊侧壤涟韧奶万膛左货咸旬招磅批赊川曝欧婪腺届黄蚤鸟祝幕望西酮接绒疡竭滑溢钮幢单延嵌酷仲娥节汹Vachon 等人 11首先从观测中选取了来流方向与街渠走向垂直，且风速较低（小于 1.1 米/秒）的数据，研究了机动车对 TKE 产生的贡献，并考察了车流量与TKE、CO 浓度的关系。选择此种气象条件的数据是因为，较低的来流速度产生较弱的切变，因此对 TKE 的贡献和 CO 扩散的作用较弱，因此可专门
