一、城市熱島效應
城市熱島效應是指城市中的氣溫明顯高於外圍郊區的現象。在近地麵溫度圖上，郊區氣溫變化很小，而城區則是一個高溫區，就像突出海麵的島嶼，由於這種島嶼代表高溫的城市區域，所以就被形象地稱為城市熱島。
產生城市熱島效應的因素很多：首先，城市的地表麵被建築物和道路覆蓋，由於大量硬質的建築材料和對太陽光輻射吸收較強的顏色的使用，吸收大量熱量，導致地表升溫；其次，建築物的空調、路麵交通、路燈等伴隨著各種城市活動，消耗了大量的能源，使覆蓋城市的大氣變得熾熱起來，且由於綠地稀少，而無法通過蒸發來達到冷卻的效果；此外，城區大氣汙染物濃度大，氣溶膠微粒多在一定程度上起了保溫作用。
熱島效應明顯地損害了城市生活的舒適性，同時室外的高溫化導致了建築物內空調能耗的增加，而空調排熱的增大又促使了城市氣溫的升高，形成了惡性循環。現在，很多從前沒有必要使用空調的地方城市，由於城市熱島效應所導致的外界氣溫的上升，促使空調設備使用普遍，也加速了城市的熱島效應。相反，處於寒冷地區的城市，還可以將城市熱島效應作為防寒對策，並采取靈活的措施。因此結合地區的特點去控製城市氣候的想法和措施是十分必要的。
城市內外的熱平衡
通過觀察紐約及倫敦等大城市，城市內外的溫度差最大可以達到10～12℃。散發掉。建築物的空調廢熱散發到空氣中，道路上的車輛和地鐵裏的熱氣都以熱氣體形式散發到大氣中。此外，隨著城市下水道的完備，雨水大多直接流入下水道被排出，使得土壤得不到水分，而土壤的幹燥造成了城市蒸發能力的降低。建築物表麵和道路所吸收的太陽熱量由於得不到蒸發所帶來的冷卻作用，並且由於城市表麵與空氣間的溫度差不得不向空中散發，造成了城市表麵的高溫狀態。即使在夜間，由於白天散發不掉的熱量仍不斷向大氣中散發，導致城市表麵幾乎一整天持續在高溫狀態下。
而城市外的綠地，由於植物有很好的蓄水源、保護地下水的功能，雨水能夠保留在地表的土壤中，因此擁有充分的蒸發能力。白天，綠地表麵基本與大氣保持相同的溫度，太陽熱量的50%～80%通過蒸發從地表奪取了熱量。當蒸發時，地下水位保持在土壤的地表處，土壤不會幹燥。夜間，地表溫度下降，並且由於夜間地表的輻射冷卻，當地表溫度低於大氣溫度時，大氣中的水蒸氣就會在植物及地表麵上結露。這樣就產生了大氣中的水蒸氣白天蒸發、夜間結露的水分移動。
據研究推測，城市熱島效應形成的主要原因在於綠地的減少和能源的消耗，大體是各占一半。一般認為冬季城市熱島效應較強，不僅是因為冬季的大氣安定度強，能源消耗大也可以說是原因之一。
熱島效應對城市氣候的影響
熱島效應對城市氣候的影響表現在以下幾方麵：
1．形成熱島環流。城市熱島在城市水平溫度中像一個溫暖的“島嶼”，即一個氣溫高於郊區的暖區。因此，地麵氣壓要比郊區氣壓稍低一些。如果沒有大的天氣係統影響，在背景風速很弱時，就會出現由周圍郊區吹向市區的微風，稱熱島環流，或者“鄉村風”。
熱島環流是由市區與郊區氣溫差形成熱壓而產生的局地風，風速一般都較小，如上海約為1～3m/s，北京約為1～2m/s。當背景風速較弱時，熱島環流會將郊區工廠排放的汙染帶進市區，擴大了城市區域的大氣汙染（也可利用熱島環流改善城市空氣質量，具體內容見2．4節綠化設計）。
2．影響市區降水量和空氣濕度。熱島效應的出現，加強了城市區域大氣的熱力對流，再加上城市大氣中的許多汙染物就是凝結核，使得城市區域的雲量和降水量比郊區明顯增多。1973年菲茨傑拉德等在做低空飛行，對雲的細微結構進行觀測時發現，從美國聖路易斯城區的上風方向到下風方向雲的凝結核數目增加54%，下風方向雲的凝結核數目較多，吸收性強，容易成雲。
城市區域的降水量雖然比郊區多，但市區空氣的相對濕度卻比郊區低。其原因除了市區大部分降水被排出，地麵蒸發到空氣中的水分較少外，城市熱島效應也是主要原因之一。
3．酷暑天氣日數增多，寒冷天氣日數減少。熱島效應引起一係列的氣候反常現象，一是夏季城市區域酷熱天氣日數多於郊區；二是冬季寒冷天氣日數少於郊區；三是城市無霜期長於郊區；四是降低了降雪頻率和積雪時間。這種氣候變化，使得城市區域采暖能耗下降，但卻使夏季空調負荷增加。
利用較高反射率建築材料減弱城市熱島效應
城市熱島效應對城市生態環境害多利少，從城市建設和低碳建築的角度來看，應控製和減小日趨嚴重的熱島現象，改善城市熱環境。城市中大量硬質的建築材料和對太陽光吸收較強的顏色的使用，是導致城市熱島效應的罪魁禍首。利用較高反射率建築材料減弱城市熱島效應是一項有效手段。