风浮力相互作用下理想化城市区域局部通风性能的空间变异性研究

本文通过验证的数值模拟系统研究了不同热条件下理想化城市冠层内的局部通风性能，采用流量（Q）、换气率（ACH）、空气龄（τp）和净化流量（PFR）四项关键通风指标评估了局部通风性能及其空间变异性。研究发现浮力作用（理查森数Ri从0增至12）导致比等温工况更复杂的空间变异性，典型开口平均流量提升超60%，ACH最小值增长三倍，峰值τp下降超50%，冠层侧翼PFR提升三倍。通过单元级通风分析，揭示了不同区域开口与单元贡献差异：上游风主导区以流向开口主导流量，下游浮力主导区则受界面和水平开口影响更大。该研究为提升城市环境韧性提供了精细化通风策略见解。

　　

研究亮点

浮力作用在城市冠层中引发了比等温工况更复杂的通风空间变异性，表现为独特的流速剖面、流动结构和通风行为。随着理查森数（Ri）从0增加到12，局部通风指标发生显著变化：典型开口的平均流量增加超过60%，平均流动诱导的换气率（ACH）最小值最高提升三倍，峰值空气龄（τ_p）下降超50%，冠层侧翼的净化流量（PFR）改善达三倍。

结果

本研究系统探讨了不同风浮力相互作用（以理查森数Ri为特征）下的局部通风性能。通过空间流动特性分析（特别是流向流速剖面），揭示了浮力效应引起的局部流动调整。四项关键通风指标——流量（Q）、换气率（ACH）、空气龄（τ_p）和净化流量（PFR）——被空间解析以评估城市通风的空间变异性。进一步通过典型开口和通风单元分类，量化了不同城市区域的贡献差异。

进一步讨论

聚焦单一街谷或整体城市冠层的通风研究往往难以捕捉城市通风固有的复杂空间变异性，这一问题在风浮力相互作用显著变化的上游或边缘区域尤为突出。因此，将单街谷或全冠层研究结论推广至其他街谷可能无效。在此背景下，局部通风研究对于准确理解城市不同区域的通风机制至关重要。

结论

本研究通过系统验证的数值模拟，揭示了风浮力相互作用下理想化邻里尺度城市冠层的局部通风性能。涵盖七种热条件（Ri=0至12），并采用流量（Q）、换气率（ACH）、空气龄（τ_p）和净化流量（PFR）等关键指标进行量化。新颖的单元级分析增强了对通风空间变异性的理解，表明上游风主导区以流向开口为主，而下游浮力主导区中界面和水平开口作用更显著。交叉路口单元始终表现出最高ACH值，主街谷在上游污染物清除效率最优，下游则以交叉路口单元性能最佳。研究成果强调了通风机制强烈依赖空间位置，为提升城市环境韧性的精细化策略提供了科学依据。