城市通风廊道中周边街谷污染的空气清洁度影响机制研究

【编辑推荐】为评估周边街谷污染对城市通风廊道空气清洁度的影响，研究人员通过CFD模拟构建三类基础廊道单元模型（均匀型/拓宽型/收窄型），结合空气龄(Age of Air)评估发现：拓宽型廊道因街谷污染物侵入导致空气清洁度下降91.8%，而收窄型廊道通过廊道-街谷气流阻挡效应反提升20%。该研究首次揭示通风廊道可能加剧城区污染的潜在风险，为优化城市风环境规划提供关键理论依据。

　　

研究背景与意义
在全球城市化进程中，空气污染已成为威胁公共健康的重大环境挑战。世界卫生组织数据显示，80%以上城市居民暴露于超标污染空气中，每年导致约420万人死亡。作为污染主要来源的交通排放，在建筑密集区域形成的"街谷效应"（street canyon effect）尤为突出——两侧建筑物构成的狭窄街道不仅成为污染物聚集的"陷阱"，更因通风不良导致污染物持续滞留。为缓解这一难题，城市规划者提出"城市通风廊道"（urban ventilation corridor）策略，试图通过构建与主导风向平行的气流通道将新鲜空气导入城区。但令人意外的是，中国西安等地的实践案例显示，某些通风廊道反而将周边污染带入核心城区，这与设计初衷背道而驰。

这一矛盾现象暴露出现有研究的重大盲区：过去数十年间，学者们主要关注如何通过风洞实验、WRF（Weather Research and Forecasting）模型、CFD（Computational Fluid Dynamics）模拟或GIS（Geographic Information System）技术识别廊道位置，却鲜少评估廊道内部空气清洁度的动态变化。当新鲜空气流经被高污染街谷包围的廊道时，是否会因横向污染输入而"变质"？这个关键问题直接关系到通风廊道的实际效益。

研究方法与技术路线
西安建筑科技大学的研究团队创新性地构建三类基础廊道单元模型（均匀型/拓宽型/收窄型），采用CFD数值模拟结合空气龄（Age of Air）评估体系，量化街谷污染对廊道空气清洁度的影响。模型简化真实城市形态为包含主廊道和双侧街谷的模块化结构，忽略建筑间隙以降低计算成本但保留核心流体特征。通过对比有无街谷污染的工况，系统分析气流速度场与污染物扩散的耦合机制。

核心发现与机制解析
1. 均匀型廊道的"双刃剑效应"
当廊道宽度恒定时，街谷污染物的侵入形成显著低速区（流速降低37%），同时污染物沿横向扩散使廊道中心线空气龄增加58.7%。这表明传统等宽设计虽能维持气流连续性，却难以抵御两侧污染渗透。

2. 拓宽型廊道的"污染放大器"现象
令人警惕的是，下游渐宽的廊道结构产生负压涡旋，将街谷污染物持续抽吸至廊道内部。这种"虹吸效应"导致污染物浓度呈指数增长，最终使空气清洁度暴跌91.8%，揭示某些城市规划中盲目扩大廊道截面的潜在风险。

3. 收窄型廊道的"自净化屏障"机制
最具突破性的发现来自下游收窄的廊道设计：其渐缩结构产生的加速气流（流速提升22%）形成动态气幕，有效阻挡83%的街谷污染物侵入。更意外的是，街谷与廊道的压差驱动二次环流，反而使空气清洁度提升20%，展现出"以动制污"的创新思路。

结论与展望
该研究首次证实城市通风廊道可能异化为"污染传输通道"的风险，颠覆了"廊道越宽越利于通风"的传统认知。通过建立廊道-街谷耦合作用的量化评估框架，揭示几何形态对污染物拦截效率的决定性影响：收窄型设计通过流体动力学自调节实现"被动式净化"，而拓宽型结构因流体分离效应加剧污染混合。这些发现为《Sustainable Cities and Society》强调的"气候适应性城市规划"提供新范式——未来通风廊道设计必须统筹考虑主导风向、街谷污染强度与廊道形态的协同优化，而非简单追求最大通量。研究团队建议将空气龄评估纳入廊道规划标准，并在高污染街谷区域优先采用收窄型廊道结合垂直绿化等复合干预措施。该成果对亚洲高密度城市具有特殊价值，为破解"通风廊道失效"困局提供理论钥匙。