随着全球城市化进程的加剧,城市环境品质已成为关系到绝大多数人健康与安全的重要问题。城市街谷作为复杂城市建成空间的基本组成单元,既是城市中尺度气象环境的限制要素,是城市人为扰动的主要来源;又是建筑室内环境的外部空间,是室内新鲜空气的源头;同时还是城市居民的室外主要活动区域。了解和掌握城市街谷风热环境、污染物分布特性和规律,在营造良好城市微气候、缓解城市空气污染、改善建筑新风品质、降低建筑能耗以及保障行人健康和安全等方面具有重要的学术意义和应用价值。本文针对城市街谷风热环境及污染物分布研究的现状和不足,以街谷内部微尺度环境为研究对象,利用数值模拟方法对晴天条件下街谷风热环境、污染物分布的特征、日变化规律及季节差异进行研究,并对非晴天条件下街谷风热环境污染物分布情况进行了探讨。主要研究工作及成果如下:本文首先通过对街谷风热环境形成机理的分析,总结出街谷风热环境的两种热源:自然环境和人工环境;四种动力源:重力、壁面热力作用、风压及固体边界的约束及拖拽。利用数值模拟结果,发现了表面温度分布均匀与否对街谷风热环境具有显著影响。指出与现有研究中普遍采用的均匀街谷表面温度假设相比,非均匀壁面温度假设有助于提高街谷风热环境预测的准确性。通过对晴天条件下冬、夏季四典型时刻街谷风热环境的数值研究,指出街谷风热环境存在显著的日变化及冬、夏差异,综合考虑了现有冬、夏季研究方法和结论的不足。揭示出街谷风热环境的日变化规律:1)表面热力作用与外界来流动力作用方向相同时,街谷内涡旋旋转强度最大,近地面风速最高;2)表面热力作用与外界来流动力作用方向相反时,街谷内部易形成多漩涡的复杂流场结构;3)表面温度均低于外界来流时,街谷内上热下冷的温度分布阻碍街谷内空气流动的街谷风热环境变化规律。冬、夏对比结果表明,冬季街谷表面温度分布更均匀,各表面温度、气流形态日变化更小,近地面风速更稳定。冬、夏季街谷换气效率日峰值分别出现在上午和中午。基于街谷内人员主要活动空间污染物分布的定量分析需求,提出三个表征参数:近壁面区污染物质量百分比、近地面区污染物质量百分比以及居民活动区污染物质量百分比。发现在整体理查森数Rb=-0.87的非稳定热分层条件下,街谷近壁面区污染物质量百分比从上午至傍晚呈逐渐增加;近地面区污染物质量百分比在上午、中午及下午较稳定,傍晚时增加为白天的两倍的日变化规律。基于雾霾气体光学特性分析及街谷污染物分布研究结果,提出了街谷雾霾概念;建立了计入雾霾气体辐射吸收及散射效应的街谷雾霾模型。通过对不同街谷雾霾浓度下的风热环境分析,揭示出随街谷雾霾浓度增加,街谷表面温度分布更均匀;行人热舒适水平降低的街谷风热环境变化规律。通过晴天与非晴天的对比分析,指出非晴天条件下,到达街谷的太阳总辐射量小,直射辐射比例低,导致街谷风热环境与晴天条件存在显著差异。前述基于晴天条件获得的研究成果不适用于非晴天条件。本文开展的数值模拟研究,为全面掌握街谷风热环境及污染物分布特征提供了思路和方法;推动了街谷环境日变化及季节变化规律研究的发展。