近日，必威殷杉教授课题组在Landscape and Urban Planning期刊上发表题为“Mitigating PM_2.5 exposure with vegetation barrier and building designs in urban open-road environments based on numerical simulations”的研究文章。文章通过基于计算流体力学（CFD）的离散相模型（DPM）构建城市开放道路环境中交通排放PM_2.5的扩散路径和空间分布，揭示了城市道路绿化带和建筑对PM_2.5扩散的影响机制，提出了提升道路周边PM_2.5呼吸健康的绿化带和建筑配置方式。

据联合国世界卫生组织报告，截至2022年，全球约99%的人口生活在低于世界卫生组织划定的空气质量标准的区域，室外空气污染导致约420万人过早死亡。许多城市的交通排放污染物已经成为除工业排放以外最重要的室外空气污染来源，可以通过门窗和排气系统等路径进入室内，威胁道路附近区域居民的身心健康。交通排放污染物中，PM_2.5的危害最大，可以进入人体的支气管和肺泡。越来越多的城市决策者试图通过增加城市道路绿化带降低道路环境中的颗粒物污染和周边居民的污染物暴露，但是颗粒物扩散会受到多种因素的影响，研究学者们对于道路绿化带是否能够有效地降低颗粒物污染，以及如何提升道路绿化带的颗粒物消减效率，仍然没有达成共识。

图1 PM_2.5扩散的数字模拟示意图

本研究以上海市典型城市道路绿化带和PM_2.5为研究对象，基于野外调查测量，结合计算流体力学（CFD）的离散相模型（DPM）构建开放道路环境中PM_2.5的扩散模拟模型（图1），细致模拟多种道路绿化带和建筑结构情境下的PM_2.5扩散路径和过程，阐明道路绿化带植被组成、空间配置和建筑结构对PM_2.5扩散过程的影响机理。研究构建的PM_2.5扩散模型解释了PM_2.5扩散、道路绿化带和建筑之间的复杂作用关系，并证实了道路绿化带对PM_2.5的消减作用和建筑物对PM_2.5扩散的影响。研究结果表明，在无后方建筑的情况下，由于灌木群落（相比乔木群落）的较高紧密度，较高的灌木种植比例能够显著降低后方人行道和建筑表面的PM_2.5浓度。在有后方建筑的情况下，由于建筑对空气湍流的阻挡，空气湍流会在绿化带和建筑之间形成漩涡和回流（图2），更高的乔木种植比例能够促进漩涡和回流的形成，反而增加建筑表面的PM_2.5浓度。从综合考虑人行道和建筑表面的PM_2.5暴露和呼吸健康而言，城市开放道路绿化带的设计中应合理调配灌木和乔木树种的种植比例，并把灌木种植在绿化带的迎风区域，可以使地面排放的颗粒物被更好地被阻挡而高处的颗粒物更多被向上扩散。研究结果为深入探究城市开放道路污染物的多因素影响机制和动力学过程提供了基础，为城市绿色基础设施和建筑配置方式的生态设计提供了范例。

图2 绿化带植被组成和配置对PM2.5扩散的影响

必威颜景理助理研究员为论文第一作者，殷杉教授为通讯作者。香港大学Wendy Y. Chen教授、华东师范大学刘敏教授、已毕业研究生赵文星和本科生张子潇参与了该研究工作。项目得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2023.104918