自然通风是增加室内新风和改善室内热环境最简单最经济的通风方式。在一年中的气候温和时段，居住者通常习惯打开窗户，让建筑进行自然通风。然而，当室外空气污染物浓度较高时，自然通风可能导致室内空气环境恶化。在这一背景下，本文采用三维CFD模拟和现场观测的方法，对临街建筑开窗条件下，街谷内气流流动和污染物的分布特征及室内外空气环境的耦合效应进行了详细分析与讨论。利用数值方法对不同窗户开启率（WOP）情况下街谷和房间内流场和污染物（以CO为代表）浓度场所做的模拟结果表明，WOP增大时，大量背景空气将从街谷上游建筑通过穿透式通风进入街谷，从而导致街谷内流场和污染物浓度场发生改变。在行列式和错列式街谷中，当窗户开启率从0%增加到10%时，街谷内污染物平均浓度将分别下降23%和23%~27%。模拟结果表明，当街谷宽高比增加到4时，街谷内的气流结构和污染物平均浓度将不再受窗户开启率的影响。在此基础上，分析发现，窗户开启率不同时，上游建筑两侧的压强差基本没有明显的变化，但下游建筑两侧的压强差变化较大，并且由于上游建筑两侧压强差为正，街谷内的污染物将不会扩散到上游建筑内。因此，街谷两侧建筑的窗户开启率对下游建筑室内空气质量的影响更显著。根据数值模拟得到的统计结果表明，下游建筑不同位置处的房间通风情况和室外污染物浓度有差别，大部分房间的通风通量来自尾流区，并随窗户开启率的增大而减小。若房间的通风气流来自街谷，则通风通量随窗户开启率的增大而增加。在下游建筑的迎风面和背风面处，污染物浓度均随窗户开启率的增大而下降。为定量描述室外交通污染物对临街自然通风建筑室内污染物的贡献量，定义了一个无量纲窗外污染物有效源强。行列式和错列式街谷中下游建筑的有效源强均随着窗户开启率的增加逐渐下降，错列式街谷的有效源强低于行列式的相应值。由于街谷的对称性是影响街谷内流场和污染物分布的重要因素之一。对行列式和错列式布局建筑高度比（即上游建筑高度H1与下游建筑高度H2之比，H1/H2）不同时的街谷内流场和浓度场进行了数值模拟，并引用了三个用于表征室内通风过程的参数来评价街谷内人员活动区域的空气质量。结果表明，街谷的不对称性对街谷内和下游建筑尾流区内的污染物分布有明显影响。下游建筑高度越低，则尾流区浓度越高。行列式和错列式街谷中人员活动空间的无量纲平均浓度分别在H1/H2为7/3和7/2时最大，并且上梯型街谷的空气质量要好于下梯型街谷。同时，利用有效源强概念，考察了街谷非对称性对下游建筑室内空气质量的影响。数值模拟结果显示，当街谷为上梯型时，下游建筑房间的通风量均来自街谷；街谷为等高和下梯型时，下游建筑部分房间的通风量来自街谷，其余来自尾流区。下游建筑迎风面和背风面浓度均随着H1/H2的增大而增大。考虑到实际城市环境中风向的随机变化，行列式街谷中当H1/H2为1/7和7/1时，下游建筑的有效源强最大。在错列式街谷中，为维持较好的室内外空气质量，应尽可能使两侧建筑高度接近，H1/H2控制在5/7~7/5以内。在避免较差的H1/H2的条件下，错列式布局下游建筑的有效源强度低于行列式布局。为全面了解街谷几何结构形式可能产生的污染物扩散机制，分析了街谷长宽比L/W（建筑长度L和街道宽度W）对谷内通风量和污染物扩散的影响。结果显示，当L/W较小时，街谷空间中的通风量和污染物主要通过街谷端部开口与外界交换，街谷端部的污染物高于街谷长度中心区的浓度。而当L/W较大时，街谷顶部成为气流和污染物与外界交换的主要通道，大部分污染物分布在街谷长度中心区，污染物扩散规律发生转变的L/W在2~2.5之间。尽管街谷长宽比不同时，街谷内污染物扩散途径不同，但街谷中的平均浓度均随着长宽比的增大明显升高。街谷上游建筑之外（即街谷之外）的建筑物对来流的阻挡和干扰，会影响到进入街谷的通风量和谷内污染物的扩散。利用数值计算模拟了上游阻挡建筑高度不同时，行列式和错列式街谷内的流场和浓度场。结果表明，不论目标街谷临街建筑布局形式是行列式还是错列式，街谷内涡流结构和通风量都主要由街谷上游建筑与阻挡建筑的平面相对位置和阻挡建筑的高度来决定。当阻挡建筑与目标街谷的上游建筑对齐布置时，街谷内通风量随阻挡建筑高度的增加而减少，当阻挡建筑高度是上游建筑高度的2倍时，目标街谷内通风量开始上升。当上游阻挡建筑与目标街谷上游建筑错开布置时，街谷内通风量随阻挡建筑高度的增加逐渐降低。街谷中污染物扩散受气流速度和流场结构的共同影响，无论阻挡建筑为何种布局，当阻挡建筑高度不大于1.5H时，街谷内背风区浓度最高，阻挡建筑高为2H时，最大浓度将出现在街谷迎风区。为考察室内外污染物浓度间耦合关系，分别以CO、PM2.5和PM10为代表性污染物，对临街建筑和远离街道的建筑室内外污染物浓度进行了连续测量。浓度时间序列表明，夏季工作日时，临街和远离交通线的两观测点室内外CO浓度的日变化规律表现出很强的规律性，即CO浓度的时间序列有两个峰值。分析室内、外PM2.5和PM10浓度之间的关系发现，室内外CO浓度比小于但接近1，并且室内外浓度的变化呈正相关性。对自然通风房间而言，实测结果未发现室内外浓度的时间延迟效应。根据工作日室外CO浓度时间序列，通过理论分析给出了预测室内CO浓度的关系式，利用傅里叶级数法对室外浓度时间序列进行的回归发现，在补偿了傅里叶分析引入的时间延迟后，数学模型预测的CO浓度值与观测结果能较好地吻合。