由于持续的城市化进程,越来越多的人口暴露于高温和空气污染中。城市通风是消除热量和空气污染的重要基础,近年来受到了人们的广泛关注。我国是一个多山的国家,大量城市由于经济或历史因素坐落于山谷之中,相对封闭的地形地貌使山谷城市内部长期处于静风状态,从而导致城市内部大气污染物难以扩散,此时整个城市区域大气污染物扩散的唯一能量来源就是其内部的局地热力环流。因此,理解并量化静风条件下热压作用所形成的局地环流特性,对山谷城市通风显得格外重要。在地形热力环流的研究中,研究学者多数采用实地测量和计算机数值模拟这两种研究方法,但是实地测量得到的数据较为片面,而计算机数值模拟则会受到网格精度、湍流模型等因素的影响,因此二者都有相当大的局限性。由于室内流体实验具有不受自然天气状况等试验条件的限制,操作方便、可重复性强、试验周期短,并易于再现或设置一定的试验条件等优点,而且通过室内流体实验控制实地测量得到的边界条件并验证数值模拟的结果,可以很好的再现实际地形局地热力环流流场特性。因此建立山谷城市局地热力环流室内流体实验平台有十分重要的意义。本文首先根据相似理论分析得到了缩尺实验模拟局地环流所需的相似性条件,在对实际山谷城市物理模型进行简化的基础上,设计搭建了模拟山谷城市局地环流的室内水槽实验平台。实际山谷城市大气经常处于稳定层结状态,稳定层结是指受扰大气在上升运动时逐渐减速并具有返回其平衡位置趋势,此时大气状态称为稳定层结状态,稳定层结对大气污染物的扩散极为不利。本文通过分析实际稳定大气层结的作用机理,在水槽内利用线性密度层结盐水模拟稳定大气层结,在“Oster双缸法”制备线性密度层结盐水的基础上进行了实验改进,通过数学建模确定了制备不同线性密度层结盐水时,实验系统中蠕动泵的流量控制方程。最后设计了三种不同的线性密度层结盐水,并采用实验验证了上述控制方程的可靠性,实验结果表明借助它能够很好的营造实验所需的线性密度层结盐水。混合层高度在大气污染物扩散问题中是一个重要的参数,它是指大气混合层内物质、能量和动量在一定时间内由于热浮升力或机械力湍流作用而充分混合过程所能达到的近地面高度,其决定了稀释污染物的空气量多少。本文在已搭建的山谷城市局地环流水槽实验平台的基础上,采用流场显示技术,通过注入荧光溶液的方式对山谷城市局地环流流动发展做了可视化研究。利用可视化图像,分析了三种不同稳定层结度下(N0.5s1-=,N0.7s1-=,1N1.0s-=),山谷城市日间和夜间局地环流作用下城市混合层高度的时空演变。实验结果与相关文献研究成果相比较,证明在水槽内采用荧光可视化方法对混合层高度的预测具有可靠性。同时实验结果表明:稳定层结会抑制对流在垂直方向的发展,而且层结稳定度越大,城市混合层高度越小。夜间局地环流作用下流动达到准稳态时,山谷城市中心和城市边缘混合层高度会达到一致的高度,而日间局地环流作用下流动达到准稳态时,山谷城市边缘混合层高度会高于城市中心混合层高度。在相同大小的热力边界条件下以及稳定层结度下,局地环流作用下日间山谷城市中心混合层高度会低于夜间,而在城市边缘,日间混合层高度会高于夜间。