城市冠层是城市居民活动的主要区域，是人类污染物无序排放的一个重要区域，是污染物泄漏、火灾等危险事件的多发区域，同时也是一些恐怖事件重点攻击的对象。研究城市冠层内的环境问题，对提高城市的人居环境质量，保证城市居民的健康和安全有重要意义。在这一系列问题中，很重要的一个方面就是城市风环境的问题，这个问题与城市内建筑物安全、人居舒适度、污染物扩散有密切联系。 随着城市的发展，城市内形成多个建筑物群落。在建筑物群落中会形成特殊的风环境，无论对建筑物的风荷载还是对居民的居住环境都会有很大的影响，因此引起了国内外研究者的高度重视。前人的研究发现，城市内的风向风速与建筑物群落的排列方式、建筑物密度、高度有着复杂的关系。在城市中比较普遍的现象有“街渠风”(建筑物间狭管效应的结果)和“气流死区”(城市街渠气流的低值区)等。 本文建立了一个可以显式表达建筑物影响的大涡数值模式。首先对建筑物影响下的典型气流特征进行了模拟，将单体建筑物周围流场的数值模拟结果与德国汉堡大学的风洞实验(CEDVAL)结果进行了比较，两者取得了较好的一致。同时模拟了不同层结来流条件下建筑物周围流场特征的差异，并分析了不同方向上风速脉动对局地湍流能量的贡献。然后利用本文模式对建筑物间的狭管效应进行了模拟，并考察了不同建筑物间距离和不同初始层结来流条件对狭管效应的影响。在此基础上利用本文模式对城市街渠中三种典型的气流特征进行了模拟。同时利用本文模式对理想建筑物群落和城市小区内气流的特征进行了模拟和分析。为了考察建筑物形状对气流的影响，在本论文中还模拟了一个理想的大型体育场馆周围的气流特征。最后本文利用大涡数值模拟技术与大气污染扩散模式相结合对建筑物周围污染物的扩散进行了模拟，并取得了较为理想的效果。 本文主要结论如下： (1)通过对本文模式的数值模拟结果和风洞实验结果以及相应的观测事实和理论分析结果的比较，可以认为本文模式能够比较好的模拟出建筑物对气流影响的主要特征。同时也应当注意到模式对垂直速度和近建筑物墙壁处的湍流能量的模拟还是有一些不足。 (2)通过对中性层结来流条件下和稳定、不稳定等非中性层结来流条件下单体建筑物对气流影响的模拟结果进行比较，可以发现建筑物对其周围气象环境的影响要大于不同层结来流条件自身差异所带来的影响。特别是表现在平均流场上，不同层结来流条件对气流结构的影响并不明显，它们的影响主要集中在湍流场上。这一方面说明在城市微尺度条件下，建筑物所造成的动力学影响是影响气流性质的主导原因，同时也可能是本文工作中各个算例的模拟时间较短，同时上游来流的强迫比较明显，因此热力作用没有得到很好的体现。比较气流本身的热力性质和建筑物的强迫来看，前者是一个慢过程，响应时间较长，后者是个快过程，响应时间短。 (3)建筑物自身的形状、建筑物的分布特征和不同来流条件对建筑物群中的流场特征有着十分明显的影响，主要表现在流场结构的变化，例如由于来流条件的不同，建筑物的横风向有效面积不同而引起的建筑物群内的狭管效应和小风区的大小、范围和位置都有比较大的差异。 (4)从建筑物群对总风速的影响来看，当建筑物之间的高度差异比较大，对总风速影响的高度较高，但是风速在各个高度上的亏损较小；当建筑物群内建筑物高度相当时，建筑物群在垂直方向上对总风速的影响高度较低，而风速在建筑物平均高度以下的区域亏损较大。同时建筑物群对风速的总体影响主要与建筑物群内建筑物的总体积有关，与建筑物横风方向截面积大小的关系不大。 (5)在建筑物群中，建筑物拐角处附近是湍流能量的高值区。通过对各个剖面上湍流能量分布和相应的不同方向上速度脉动对湍流能量的贡献来看，不同方向上速度脉动对湍流能量的贡献有非常大的空间差异，有的区域的湍流能量明显体现为单一方向的速度脉动的贡献。从总体平均的垂直廓线来看，在建筑物顶部即Z/H=1.0处是湍流能量的高值区。而随着来流风速的增大，可能会在建筑物群的近地面层产生另一个湍流能量的峰值。这对理解城市建筑物群内的湍流特性和改善城市建筑物群内空气污染物扩散的数值模拟效果有很大的帮助。 (6)利用大涡模拟技术和大气污染扩散模式相结合，可以较好的模拟出城市中建筑物引起的各种污染物散布的问题，基本上能够得到与前人观测和分析结果比较一致的趋势。由于建筑物造成其周围气流结构的特性，使得污染物排放源位置的微小变化都可能造成建筑物周围污染物浓度分布的较大不同。 大涡模拟自身机制的特点使得它在研究微尺度大气科学问题上有着独特的优越性：它可以模拟大气运动的瞬时状态，即可以模拟大气运动的随机性(大气运动的固有不确定性)。它可以提供高精度、高分辨的大气运动数据库，不仅包括平均场，还包括详细的脉动场。它是一种比较可行的用以研究城市建筑物冠层内微气象特征的工具。本文模拟结果表明由于大涡模拟技术可以更好的描述城市微尺度范围内的大气运动的物理过程，并能够提供十分精细的气象场信息，特别是对建筑物周围流场特征和湍流结构的描述有鲜明的特点，可以帮助我们提高对城市内部流场结构和湍流特征以及城市建筑物群对周围环境的总体影响等方面的认识。利用大涡数值模拟技术和大气污染扩散模式相结合可以较好的模拟出建筑物对大气污染物扩散的影响。因此大涡模拟技术在城市微尺度气象环境和城市空气质量问题的研究领域有着比较广阔的发展前景，必定会成为将来的发展方向。