植被下垫面是城市非均匀地表重要的组成部分之一。城市植被因其对辐射传输、地表能量平衡、气温、湿度等方面的影响而具有重要的气象效应;又因其能加快大气污染物的干沉降过程而具有直接环境效应,实现对城市空气质量的改善;并通过排放挥发性有机物而具有间接环境效应,引起O3浓度的上升。本文首先建立了能综合考虑城市植被气象效应和环境效应的城市树木冠层模块和植被干沉降方案,充分考虑了树木冠层垂直结构对辐射传输、地表能量平衡、温度、湿度等气象要素的影响,以及多种环境和植被特征参数对污染物干沉降过程的影响。在此基础上构建了在线耦合的城市边界层-植被-化学-辐射模式系统。结合多种观测资料,通过离线和在线两种方式对模式系统的模拟效果进行了检验。并以长三角典型城市苏州为研究区域,系统分析并量化了城市植被的综合气象效应和环境效应,结果表明:城市植被的气象效应具体体现在:(1)苏州市现有植被分布特征可以缓解夏季高温天气的不利影响,可使该地区夏季日平均气温下降约0.4℃,树木的降温效果优于草地,降温效果在中午最明显,而草地的降温效果在傍晚更明显。(2)城市热岛强度会随植被覆盖率的提高而下降,当城市植被覆盖率分别为0、20%和40%时,苏州市夏季日平均热岛强度分别为2.2、1.5和0.9℃。当城市树木覆盖率达到40%时,其降温效果就可以超过关闭所有人为热源的效果。(3)城市植被还会对城市地表能量平衡过程产生影响,引起净辐射和感热通量的减少以及潜热通量的增加并因此导致环境湿度的增加,夏季当城市树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午苏州市区平均比湿分别为13.4、15.0和16.9 g·kg-1。(4)冬季城市植被对城市气象环境的影响明显小于夏季。城市植被会增加其表面污染物的干沉降速率,即促进其吸收清除过程,研究结果表明:(1)三种常见城市植被中,大气污染物在针叶林表面干沉降速率的年平均值最大,其次为阔叶林,草地表面最小。主要气态污染物中,SO2的干沉降速率最大,其在阔叶林表面干沉降速率的年平均值约为0.43 cm·s-1,03次之(0.39 cm·s-1),NO2最小(0.33 cm·s-1);对颗粒物,PM11)的干沉降速率(0.50 cm·s-1)大于PM2.5(0.13 cm·s-1)。(2)城市植被的引入会导致局地污染物干沉降通量的明显增加,且针叶林表面干沉降通量的增加最明显。与城市人工下垫面相比,针叶林表面SO2、NO2、O3、PM10及PM2.5的全年干沉降通量可分别增加约3.5、3.1、3.2、1.3和0.64倍。(3)苏州市现有植被对PM10颗粒物的年清除量可达1484.5 t·a-1;对S02、NO2、O3及PM2.5的年清除总量分别为257.0、386.4、811.4及281.7 t·a-1。苏州市区植被对SO2、NO2、O3、PM10及PM2.5的清除作用分别占该地区上述污染物年干清除总量的 48.5%、50.0%、53.7%、29.1%和 25.3%。城市植被会通过直接环境效应和间接环境效应两方面对城市空气质量产生影响。本文研究结果表明:(1)考虑苏州市实际植被分布情景后,市区主要污染物浓度都会出现不同程度的下降,且对夏季空气质量的改善效果明显强于冬季,影响较大的区域主要集中在植被覆盖率相对较高的昆山市区。(2)在维持现有植被覆盖率不变的条件下,不同绿化树种对夏季污染物浓度的影响差异很小。但城市植被为针叶林时会导致冬季市区主要污染物浓度的进一步下降。(3)城市植被对空气质量的改善会随着树木覆盖率的提高而增强。当树木覆盖率达到40%时,市区各主要大气污染物的日平均浓度下降幅度可达9.7%(SO2)、11.6%(NO2)、14.0%(O3)、5.5%(PM10)以及4.0%(PM2.5)。(4)外围郊区引入森林生态系统后,城市空气质量也会得到相应的改善。夏季,除O3外,郊区不同树种的选取导致市区污染物浓度的下降幅度基本相同。采用阔叶林植被的郊区绿化方案导致市区O3浓度的下降更加明显。冬季,由于阔叶林植被叶面积指数的明显减小,采用针叶林植被的郊区绿化方案对市区污染物浓度的降低效果更加明显,市区主要污染物日平均浓度分别可下降约7.7%(SO2)、12.2%(NO2)、17.2%(03)、8.3%(PM10)和7.9%(PM2.5)。(5)阔叶林BVOC的排放强度大于针叶林。植被BVOC的排放强度在夏季最大,冬季很小,且中午大于夜间。苏州市区树木BVOC年排放总量约为3.29 kt·a-1,约占区域VOC年排放总量的3.82%。夏季城市树木覆盖率为40%时,释放出的BVOC可导致市区NOx日平均浓度下降约3.2%,03浓度升高约2.3%。城市植被对区域空气质量的积极影响(即直接环境效应)要大于其不利影响(即间接环境效应)。