城市的快速发展带来许多问题,高密度、高容积率的城市发展模式导致城市通风状况变差、空气污染、城市热岛等气候问题。这些问题不仅降低居住者生活中的舒适度,还严重影响身体健康。研究旨在科学地分析城市微气候与城市形态间相互关联的内在机理,以总结城市空间形态与城市微气候之间的关联性为城市规划提供科学指导。本文采用数值实验和回归分析的方法,在文献综述的基础上,对城市微气候要素以及城市形态构成参数进行总结。采用风速和温度作为微气候评价指标;建筑密度、容积率和建筑布局作为城市形态参数的评价指标。以哈尔滨高密度城区为研究对象,综合运用CAD、ArcGIS等工具,建立包含下垫面材质、建筑高度的城市信息模型。本文首先阐述了国内外对于不同尺度下的建筑空间形态研究现状并指出已有研究在城市中尺度下出现的断层现象。通过文献查阅和对哈尔滨市空间形态的调研统计,总结出影响哈尔滨城区微气候因素。最后利用PHOENICS对不同形态的城市空间模型进行数值模拟,得到不同影响因素与城市微气候间产生的联系。通过将气象模拟软件WRF(Weather Research and Forecasting)和流体力学软件(PHOENICS)两种不同尺度的工具相结合,从城市大尺度气象背景入手,到中尺度城区微气候研究,再到高精度城市空间微气候研究。首先使用WRF中尺度模拟技术,通过调整边界条件、物理方案参数及网格划分等,进行了网格分辨率为lkm,研究区域50km×50km的城区气象模拟。然后以WRF输出气象值作为CFD模拟的边界条件,实现了精度为20m的微气候数值实验。最终与现场实测数据对比,结果显示模拟夏季平均误差为0.96℃,冬季平均误差为1.55℃,整体数值实验的结果具有较高的可信度。研究表明:建筑布局的变化影响着空间微气候变化,夏季自由式布局优于围合式布局。冬季围合式布局比自由式布局温度高,热稳定性好。总体而言,中强度、中密度多层围合形态在严寒城市哈尔滨为最适宜空间形态。在影响因素研究中,温度方面,建筑密度与温度有正相关关系,在20—25%之间温度较为稳定;而容积率对温度影响较为复杂,在一定范围内(1—3.5)随着容积率的增大温度逐渐升高,当容积率大于3.5,在阴影遮挡作用下,空间温度出现下降趋势。风速方面,随着建筑密度与风速有负相关作用,当密度增大时,风速减小;当密度为25%时,人行空间风环境较为适宜。容积率与风速呈负相关关系当容积率为1.5时,人行空间风环境较为适宜。最后,本文建立了一种从宏观到微观的城市气候数值实验方法,分析了城市气候和城市形态参数之间的关联机理,可为城市规划、城市设计方案或已建成区域提供科学准确、具有应用前景的热环境优化策略,将有助于提高城市规划和设计的科学性,对创建可持续和和宜居城市提供理论支撑。