随着城市人口的急剧膨胀，城市高强度经济活动排放了大量二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有毒气体，严重影响城市环境以及人类的健康。另一方面，全球恐怖的主义的盛行，极大的增加了生化和放射性试剂在人口密集的城市地区释放的危险。因此，如何能够快速而准确地预报城市扩散过程与预防和评估危险气体危害成为世界各国关注的焦点。城市扩散预报的难点在于城市地表相对于其他地表具有的分布极不均匀的特点。评估这种非均匀性对扩散过程的影响是城市扩散预报的关键。在现有的技术条件下，能够显式解析城市小尺度结构对流场和扩散过程影响的计算流体力学方法(CFD)是一种可靠而有效的方法。正是基于这种背景，北京大学边界层气象组开发一个用于精细模拟街区尺度风场、湍流场与物质扩散过程的数值模式——北京大学街区尺度模式(PekingUniversity Block Scale Model, PKU-BSM)。该模式分为两个子模式：一个用于模拟大气运动的计算流体力学模式(CFD)和一个用于模拟扩散的欧拉扩散模式。其中CFD模块基于稳态雷诺平均(RANS)方程和标准湍流模型理论框架，并采用非均匀长方体网格。扩散模式在CFD计算出的风场和湍流场的基础上，求解非稳态的输运方程获得浓度场。在本文中，首先详细阐述了PKU-BSM的理论框架，并运用CEDVAL (Com-pilation of Experimental Data for Validation of Microscale Dispersion Models)和Thompson风洞实验数据集对PKU-BSM进行验证。在CEDVAL的验证实验中，还首次采用高斯扩散理论对扩散结果进行修正。CEDVAL数据集验证实验结果表明：(1)总体而言，PKU-BSM对风场、湍流场和浓度场预报得较好。其中PKU-BSM对风场预报最好，特别在建筑物高度以上区域。湍流动能(TKE)的预报效果不如风场，但对TKE的廓线形状和峰值位置预报得较好；(2)初始扩散模拟效果较差，利用高斯扩散理论修正湍流Schmidt数后，预报浓度值有了明显的改善。但在单建筑物实验中，下风向较远处的模拟浓度偏小。原因可能是实际情况中尾流涡区对物质的混合作用导致的非完美的点源，湍流粘性系数在y方向的非均一性，以及模式中采用湍流Schmidt数固定为常数等。Thompson数据集验证实验表明：(1)随着建筑物宽度的增加，建筑物迎风面回流区和建筑物背风面的尾流涡区范围增大，同时这些区域的TKE也会相应增大。(2)PKU-BSM在建筑物中心垂直剖面处，对浓度预报得较好。在背风面下风向一定距离的区域，预报的浓度值几乎与实测值重合。在建筑物周围，PKU-BSM预报的浓度极值于观测值存在一定误差。(3)与基于高斯扩散理论的AERMOD(AMS/EPA Regulatory Model)模式相比，PKU-BSM在预报建筑物周围浓度场时显示出很大优势。特别在浓度极值的预报方面，PKU-BSM的预报值明显比AERMOD好。在验证了PKU-BSM的可靠性之后，为了更好的评估PKU-BSM对实际城区的模拟能力，本文继续运用PKU-BSM模拟实际城市下垫面的扩散过程。模拟研究表明：(1)在实际城区下垫面，受建筑区的影响，建筑区内的流场和湍流场分布变得十分复杂。在建筑区内部，大部分地区风速将大幅度减小，其降福可达，湍流动能也随之减小。并且，在建筑物之间形成很多涡区，不利于污染物的扩散；(2)建筑区域的浓度分布受排放源位置和走向影响很大。当排放源在建筑区内部时，排放源附近的浓度极值急剧升高。在被建筑物隔离的区域，浓度的上升幅度会更大。