综述：灌溉植被对城市微气候影响的建模研究

这篇综述系统回顾了城市灌溉植被对微气候（microclimate）影响的建模方法，重点探讨了计算流体力学（CFD）、能量平衡模型（EBM）等工具在评估热舒适指数（如UTCI、PET）中的应用，并指出当前模型在验证标准、灌溉策略优化及跨学科整合方面的不足，为可持续城市规划提供了方法论指导。

　　

灌溉植被对城市微气候影响的建模研究

引言

全球变暖与城市化加剧了热浪的频发，导致城市热不适、健康风险及基础设施压力激增。2023年成为有记录以来最热年份，促使学界聚焦通过植被灌溉调节微气候的建模研究。本文综述了近六年相关文献，解析了数值模型在量化植被冷却效应中的进展与挑战。

方法论与模型分类

城市微气候模型按尺度分为三类：

1. 中尺度模型（20–200 km）：如WRF，侧重城市边界层与大气交互；

2. 局地尺度模型（100 m–50 km）：结合CFD与EBM，解析动量与能量流动；

3. 微尺度模型（1 mm–1 km）：以街谷为单元，通过Navier-Stokes方程耦合湍流模型（如LES、RANS）模拟热舒适指数（UTCI、PET）。

植被效应建模需整合空气动力学（如叶面积密度LAD）、辐射遮蔽及蒸腾作用。CFD模型（如ENVI-met、ANSYS Fluent）将植被视为多孔介质，添加动量源项；EBM（如SOLWEIG）则简化能量守恒计算，但常忽略潜热通量。

关键挑战与验证

模型验证存在三重瓶颈：

1. 数值验证：仅高阶CFD模型（如OpenFOAM）能确保网格独立性；

2. 物理验证：辐射变量（如平均辐射温度Tmrt）缺乏标准化测量，导致UTCI计算误差；

3. 边界条件：气象站数据与城市实际风场/湿度偏差显著，需通过UWG等工具校正。

灌溉策略的建模缺口

当前模型（如TEB、UT&C）虽能模拟土壤水分平衡，但灌溉对微气候的调控机制仍待细化。例如，ENVI-met通过土壤湿度系数间接表征灌溉，而SOLENE-microclimat需耦合水文模型（MARIE）量化蒸散发。未来需开发动态模块，整合植物生理参数（如气孔导度）与水分胁迫响应。

模型选择指南

根据应用场景推荐：

• 科研场景：高阶CFD（如ANSYS Fluent）支持多物理场耦合，但计算成本高；

• 规划实践：简化工具（RayMan、Ladybug Tools）适合快速评估辐射遮蔽效应；

• 跨尺度分析：耦合模型（如WRF-ENVI-met）可链接宏观气候与街谷热环境。

展望

亟需建立植被灌溉-微气候反馈的标准化实验数据库，并开发兼顾精度与效率的“轻量化”模型，以弥合学术研究与城市规划的鸿沟。