《Sustainable Cities and Society》：Cold Stress Mitigation by Urban Trees: Computational Fluid Dynamics Analysis of Deciduous and Evergreen Effects in Winter Environments
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本研究针对中纬度及亚热带城市日益频发的冬季寒潮事件，通过计算流体动力学（CFD）模型耦合辐射模型，系统分析了韩国大邱高密度城区落叶树与常绿树对行人寒冷胁迫（UTCI）的差异化影响。研究发现风速是冬季UTCI的主导因子（R≈–0.97），常绿树通过冠层拖曳效应显著降低强风概率，缓解暴露区域的严重寒冷胁迫，而落叶树因冬季叶面积指数（LAI）低作用有限。研究强调冬季绿化需结合树种、树高与局部形态进行精准配置，为气候适应性城市设计提供理论依据。
随着北极放大效应加剧，寒潮侵袭逐渐向中纬度和亚热带城市蔓延。2012年欧洲寒潮、2021年德州电网崩溃、2025年台湾寒害事件等案例表明，极端低温已不再是高纬度地区的专属问题。城市行人面临低温相关健康风险，而当前基于自然的解决方案（NBS）研究多聚焦夏季热应激缓解，冬季树木的微气候调节效应尚不明确。树木在冬季同时具备降低风速（减少对流热损失）和遮蔽太阳辐射（降低平均辐射温度）的双重作用，其净效应存在争议。为此，研究团队以韩国大邱高密度城区为对象，开展寒潮事件（2022年11月30日–12月1日）下的微气候模拟研究。
研究采用计算流体动力学（CFD）模型与辐射模型（SOLWEIG）单向耦合框架，量化树木冠层拖曳力与遮荫效应对行人高度（1.75 m）风速、气温、平均辐射温度（MRT）及通用热气候指数（UTCI）的影响。通过建立包含树种、树高、冠层结构参数的树木数据库，设计落叶树（D04m、D08m、D12m）与常绿树（E04m、E08m、E12m）等多场景对比实验，并结合现场观测数据验证模型可靠性。
研究结果
3.1 局地寒冷胁迫特征分析
在典型寒潮日上午10时，CFD模拟显示建筑间隙和河道等开敞区域风速可达6–7 m/s，形成强冷应激区（UTCI≤–13°C）。常绿树通过冠层拖曳使风速降低1 m/s以上，UTCI提升2–5°C；但在建筑遮蔽区，其遮荫效应导致MRT下降4–6°C，反而加剧寒冷胁迫。落叶树因冬季LAI仅为夏季的15%，对微气候参数影响微弱。
3.2 全时段寒冷胁迫统计规律
概率密度函数（PDF）分析表明，常绿树场景（E12m）将强风（≥μ+σ）发生概率降低9.3%，但同时使高MRT（≥μ+σ）概率减少16.8%。UTCI改善效果呈时空分异：上午和夜间风速主导区域UTCI提升显著，而午后日照充足区因遮荫导致UTCI下降。相关性分析证实风速与UTCI呈强负相关（R≈–0.97），气温与MRT仅为次要调节因子。
结论与讨论
研究表明，冬季树木的微气候调节存在“风速遮蔽获益”与“辐射遮蔽损益”的权衡。常绿树在通风良好的开敞区域（如高层建筑周边、河岸走廊）能有效缓解寒冷胁迫，但在低层高密度街区需避免过度遮荫。落叶树冬季调节作用有限，更适合太阳能增益优先区域。研究建议冬季绿化规划应遵循“先防风后控光”原则，根据城市形态配置差异化树种与树高组合。该成果为寒潮频发背景下的城市气候适应性设计提供了量化依据，发表于《Sustainable Cities and Society》进一步凸显其在可持续城市发展中的实践价值。
