随着城市化进程的加速,城市人工下垫面取代原有自然下垫面从而形成了以城市效应为主的、有别于郊区的城市局地气候特征。居住区作为城市规划中最基本的组成部分和最重要的活动空间,住区室外环境的优劣与居民的健康、舒适和安全息息相关。然而目前对于城市住区的研究,其重点关注对象是南方气候区室外环境过热导致的热舒适度和热安全性问题,对于严寒地区城市住区的相关研究则非常缺乏,因此有必要针对严寒地区城市住区微气候特征开展相应的研究。本文以严寒地区城市住区风、热环境为研究对象,采用现场实测、风洞实验、以及数值模拟结合的研究方法,基于城市冠层模式建立了具有原创意义的严寒地区城市住区风、热环境动态预测与评价技术,分析了严寒地区城市住区风、热环境以及舒适性的影响因素。首先,选取哈尔滨市作为严寒地区代表性城市,对哈尔滨市住区长久以来的发展历程进行了梳理和总结,进而对哈尔滨市现有住区的建筑形式以及布局特点进行了统计和归纳,从而得到严寒地区城市住区的典型布局形式。通过风洞实验和CFD模拟的方法对上述典型住区布局的风环境进行了研究,并基于风应力标准NEN 8100以及本文提出的风寒等级,从风应力和风寒的角度对住区人行高度风环境进行了评价。结果表明:围合式布局以及混合式布局相比行列式布局更有利于创造良好的严寒地区城市住区风环境,严格控制住区建筑高度有助于提高住区的舒适度。其次,运用涡度相关技术与固定气象观测结合的方法对严寒地区城市住区下垫面的热环境进行了现场测试,进而根据测试数据结果,对严寒地区城市住区全年的大气物理参数、辐射通量以及湍流通量的动态变化特性进行了分析,并侧重关注了严寒地区富有特色的冬季积雪期不同积雪条件下的城市下垫面表面能量平衡特征。测试结果表明:全年大气物理参数、辐射通量以及湍流通量表现出了明显的季节性变化。而不同的积雪条件下城市下垫面表面的能量平衡与分配表现出不同的特征,其中新雪期净能量主要分配给了湍流通量,旧雪期更多的净能量被城市人工表面所吸收和存蓄,融雪期由于融雪过程消耗了相当一部分的能量,导致显热通量占比下降而潜热通量占比上升,无雪期则由于缺少积雪这一湿源导致潜热通量占比低于积雪期。再次,以课题组既有城市冠层模式为研究基础,考虑到既有模型中尚未体现积雪层这一下垫面形式,因此基于质量和能量平衡建立了雪层与上方大气以及下覆城市表面的热质交换动态模型,并将建立的雪层动态模型与既有城市冠层模型进行了耦合;此外,基于CFD模拟得到的不同住区形式的建筑整体拖曳系数结果,对既有城市冠层模型中的建筑拖曳作用进行修正,从而建立了起针对严寒地区城市住区风、热环境的动态预测与评价模型UDC-cold,并根据测试结果对该模型进行了验证,验证结果表明UDC-cold模型无论是对于有雪期还是无雪期严寒地区城市住区的风、热环境模拟都具有相当的可靠性。最后,基于建立的严寒地区城市住区风、热环境动态预测与评价模型,通过单因素的数值实验以及多因素的正交试验,研究了不同季节典型气象条件下建筑密度、建筑高度、建筑布局、草地和林地覆盖率以及冬季积雪覆盖率对于严寒地区城市住区风、热环境以及人体舒适性的影响,研究结果表明夏季建筑密度的影响最为显著,而建筑密度和建筑高度则是冬季的显著因素,通过在一定程度上增加建筑密度和高度、采用行列式布局、提高住区绿化率可以提高夏季住区舒适度;而通过在一定程度上增加建筑密度和高度、减少行列式布局的占比以及积雪的覆盖率可以提高冬季住区的舒适度。综上,本研究中有效结合了边界层风洞实验研究、数值模拟研究以及现场实测研究这三种研究方法,从不同角度深入研究了严寒地区城市住区风、热环境的变化规律,并基于上述研究建立了具有原创意义的严寒地区城市住区风、热环境动态预测与评价模型,通过该模型研究了不同因素对于严寒地区城市住区舒适度的影响,其结论对于通过合理城市规划手段改善严寒地区城市住区环境品质和宜居程度、提高城市居民生活质量提供一定的理论指导和技术支撑。