吴思佳 董丽 贾培义* 易慧琳 WU Sijia, DONG Li, JIA Peiyi*, YI Huilin
中图分类号：TU986.2 文献标识码：A
文章编号：1673-1530(2019)12-0079-06 DOI：10.14085/j.fjyl.2019.12.0079.06 收稿日期：2019-06-11
修回日期：2019-10-29
摘要：近年来随着计算机与各学科领域交叉研究的发展，计算流体力学数值模拟方法在城市环境的微气候研 究方面得到较多应用，为研究绿地在有限面积内更有效地实现其降温效应提供了新的思路。回顾计算流体力 学（CFD）数值模拟方法在不同尺度的城市绿地温湿效应及室外热舒适度评价研究中的应用，在此基础上，
总结目前存在的问题及不足，对未来该领域的研究方向提出3点展望，以期为未来城市绿地微气候研究提供 参考：1）多平台与尺度扩展研究；2）微气候特征指标的综合交叉分析；3）高适配度模拟模型的及时更新。
关键词：风景园林；城市绿地；CFD数值模拟；降温增湿；人体舒适度；热舒适指标
基金项目：广州普邦园林股份有限公司技术研究开发合作项目（编号 PBYF2017001）；北京市科技计划项目
（编号 D171100007117001）；北京林业大学建设世界一流学科和特色发展引导专项资金（编号 2019XKJS0320）
Abstract: In recent years, with the development of interdisciplinary researches in computer science with other disciplines, computational fluid dynamics numerical simulation has been widely used in the study of microclimate in urban environment. This has provided a new way for scholars to study the green space and achieve cooling effect more effectively in a limited area. This paper reviews the application of the cluster thermal time constant (CFD) numerical simulation method in researches on cooling and humidifying effect and outdoor thermal comfort evaluation of urban green space at multi-scales. On this basis, it summarizes the existing problems and shortcomings, and puts forward three prospects for future researches in the fields, in order to provide reference for future urban green space microclimate researches: 1) Extension study on multi-platforms and scales; 2) Comprehensive cross-analysis of microclimate characteristics; 3) Update of high-adaptation simulation models.
Keywords: landscape architecture; urban greenspace; CFD numerical simulation; cooling and humidifying;
human comfort; thermal comfort index
Fund Items: Research Cooperation Projects of Pubang Landscape Architecture Co.,Ltd. (No. PBYF2017001);
Beijing Municipal Science and Technology Project (No. D171100007117001); the World-Class Discipline Construction and Characteristic Development Guidance Funds for Beijing Forestry University (No. 2019XKJS0320) 吴思佳/女/侗族/北京林业大学硕士/中国
建筑西南设计研究院有限公司/研究方向为 园林植物应用与园林生态
WU Sijia (Dong), Master of Beijing Forestry University, is a member of China Southwest Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd. Her research focuses on landscape plants application and landscape garden ecology.
董丽/女/北京林业大学园林学院教授、博 士生导师/本刊编委/研究方向为园林植物 资源及应用、园林植物景观规划设计 DONG Li is a professor in the School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University and an editorial board member of this journal. Her research focuses on landscape plants resource and application, landscape plants design.
贾培义/男/博士/广州普邦园林股份有限 公司高级工程师/研究方向为园林植物景观 规划设计
通信作者邮箱（Corresponding author Email）：
jiapeiyi@pblandscape.com
JIA Peiyi, Ph.D., is a senior engineer in Pubang Landscape Architecture Co.,Ltd.
His research focuses on landscape plants design.
易慧琳/女/硕士/广州普邦园林股份有限 公司工程师/研究方向为植物群落生态研究 YI Huilin, Master, is an engineer in Pubang Landscape Architecture Co.,Ltd. Her research focuses on the plant community ecology.
吴思佳，董丽，贾培义，易慧琳.基于计算流体力学数值模拟的城市绿地温湿效应及室外热舒适评价研究进展[J].风景园林，2019，26（12）：79-84.
城市热岛效应（urban heat island，简称UHI）
作为城市化发展以来引起城市气候变化最突出的 问题，在长期城市人居环境改善研究中备受国 内外学者的广泛关注，是衡量城市人居环境是 否宜居的重要因素[1]。在快速城市化的背景下，
城市绿地实际用地面积有限，促使进行城市绿 地的合理配置从而实现绿地整体降温效应的最 大化成为科学缓解城市热岛效应的重要目标。
在多尺度下研究城市绿地的微气候调节效应，
分析不同微气候条件改变带来的热环境的改变，
以寻求改善城市热岛效应的有效措施，提高城 市热环境舒适度，对城市环境与微气候的改善、
城市宜居环境的建设以及城市的可持续发展都 具有重要意义。
公园、街道、广场等诸多城市园林绿地的 微气候效应对城市气候环境均有积极影响，各绿
开放科学（资源服务）
标识码（OSID）
地微气候的改善又受到内部空间多因素影响，
constant，简称CTTC）模型的软件和基于计
算流体力学（computational fluid dynamics，简
称CFD）模型的软件。CTTC模型的原理是
PHOENICS（parabolic hyperbolic or elliptic numerical integration code series）、CFX
（computational fluid dynamics x）、Airpark 以及城市微气候模拟软件ENVI-met等[14], [15]2。
Fluent和PHOENICS软件可用于模拟和分析
复杂的集合区域内的空气流动和热交换等物
（atmosphere）的相互作用[17]374, 382-384。1999年，
Bruse等利用该软件模拟设计绿化街道和屋顶
绿化场景下墨尔本的微气候环境[15]3-6。Lahme与
Bruse等在未设定嵌套网格的情况下，在选定区
域内的几个点进行温度实测值和模拟值比较，
发现在此情况下ENVI-met软件仍具有很高的准 确性[20]。还有学者利用ENVI-met将实测数据与 性也通过定性分析得到验证，如将PHOENICS 软件与蒙特卡罗和杰勃哈特方法以及反应系数 法结合，建立了一套新的适于小区微气候模拟 的算法，并以深圳某小区为对象进行微气候模 拟，并与该小区实测结果作对比以验证模拟方 法的准确性[24]2136-2137。随着模拟模型的普及，
在定性对比的基础上，有学者定量化地验证了 模型的准确性。Salata等为了得到街区微气候研
究的通用ENVI-met模型，将微气候参数和舒
适度预测平均投票数值（predicted mean vote，
简称PMV）的模拟值与实测值相比较，通过
对 测 定 系 数、 误 差 平 方 根（root mean square error，简称RMSE）和威尔莫特指数（Willmott’s index）的分析，验证了该软件模拟值与实测 值差异不显著，认为网格尺寸为2 m×2 m、
开放式边界能获得更准确的结果，并且确定 了各参数偏差率为空气温度0.6%、相对湿度
（relative humidity，简称RH）2.0%、平均辐射 温度0.9%、PMV值0.76个单位[25]。秦文翠采用
ENVI-met对北京典型住宅区进行微气候数值模
拟分析，并采用RMSE和平均绝对百分比误差
（mean absolute percentage error，简称MAPE）
验证该软件的准确性，结果表明实测值与模拟
用Fluent、PHOENICS等CFD数值模拟软件
代算CFD湍流模型进行模拟。
2.2.1 居住区布局对微气候的影响
通过不同CFD模型模拟研究发现，天空 开阔度（sky view factor，简称SVF）、建筑 密度、绿化覆盖率等居住区布局特征指标对 住区的微气候有重要影响。赵冬以Fluent作为 模拟平台，选取雷诺平均法（reynolds average
navier-stokes，简称RANS）湍流模型分析了
广州夏季典型的行列式布局居住区在不同住
外，ENVI-met软件也用以研究居住区布局对 其微气候效应的影响。李晗等采用ENVI-met 软件，对青岛市不同居住区的建筑布局下室 度、热舒适性和颗粒物（particulate matter，
简称PM）浓度为微气候评价指标，评价了不
人力与时间，可操作性较弱。随着计算机技 考性。王振等结合现场实测数据和ENVI-met 数值模拟定性及定量地探索了武汉市街区层峡
ENVI-met为模拟平台，分析北京西单商业街
冬夏两季室外开放空间风环境，并根据研究
考价值。Dimoudi等利用PHOENICS软件模拟
了绿地在街区尺度下对周边温度和流场的影
Skelhorn与Cynthia将实测数据结合模拟，对曼
彻斯特某商业中心夏季室外热环境进行了7种 Grignaffini等的结果类似。Sun等利用
ENVI-met及Rayman软件对北京市元大都遗址公园 略[44]。Perini与Magliocco采用ENVI-met进行 场景模拟，在城市密集街区设置地面绿化和屋
Fluent软件对场地内的水体及其周边建筑群进
行建模分析，探讨城市水体对其周边热环境
（leaf area index，简称LAI）的绿地对热舒适 度的影响时，以热气候指数（universal thermal
climate index，简称UTCI）作为舒适度评价指
标，利用ENVI-met软件输出UTCI值，研究 以输出生理等效温度（physiological equivalent
tempreture，简称PET），从而评价不同布局
的室外热舒适度，发现庭院可以提供最舒适 的微气候[49]。也有学者采用现场实测数据利
用Rayman软件输出PET对建筑外不同布局的
绿地的人体舒适度情况进行评价[50]。Perini 与
Magliocco在采用ENVI-met研究城市高密度环
境下建筑密度和建筑高度对温度分布和热舒 适性的影响时，利用软件输出PMV评价室外
热舒适情况，得到屋顶绿化能有效提高热舒 适度，且高温低湿的环境下植被具有更好地 提高舒适度的能力的结论[45]504-505。也有学者在 评价西单商业街室外热舒适性时，同样通过
ENVI-met软件输出PMV值，以评价商业街室
外开放空间人行高度的热舒适度状况，并提 出改善建议[38]96。向立平等利用Fluent软件输出 PMV值，对不同风速和温度条件下的巷道热 环境舒适度进行了评价[51]。一些室外环境数值 模拟软件支持SET指数中的太阳辐射因素针对 室外环境舒适度评价时进行修正后输出，如 Rayman、ENVI-met等[52]。
回顾数值模拟在热舒适度中的应用可以 发现，数值模拟在热舒适度方面的研究更多 是基于街区尺度微气候效应研究进行的，针 对建筑尺度热舒适度状况的直接影响机制研 究较前者少有报道，且两者在定性层面研究 结论较多，深入的定量研究还待获得统一性 更高的结论，以便为实际规划设计提供参考。
4 结论与展望
基于数值模拟的微气候研究发展至今在 建筑学、风景园林学和气象学等专业进行了不 少学科交叉的研究，从早期的主要验证其准确 性和可靠性，到现今利用软件进行场景设计
模拟和景观方案评估或将实地测量方法与其 结合，甚至利用软件直接计算舒适度值并分 析其分布状况，以数值模拟为研究手段的微 气候及热舒适度的调节机制的定性与定量研 究取得了一定成果，并具有深入探索的空间。
回顾数值模拟在城市绿地微气候调节及热舒 适度评价中应用的研究进展，可以发现基于数 值模拟的城市微气候调节相关研究发展迅速 但仍处于不断创新阶段，计算模型推陈出新，
在风景园林学科的研究应用在以下3个方面期 待取得突破：
1）多平台尺度扩展研究。由于资金和条
1）多平台尺度扩展研究。由于资金和条