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城市热岛效应是城市气候的一个显著特征，其外因是全球变暖，内因是城市化过速发展导致的。热岛效应指城市中的气温高于郊区，呈现同一地区气温不平衡的生态现象。城市拥有大量的人工构筑物，其道路及建筑物的成分多为水泥、柏油、钢筋混凝土、砖石和金属等，据资料显示，它们所占的面积约为城市面积的70%~80%。人为改造原有自然下垫面导致下垫面的热力属性发生改变，而人工构筑物比热容小，升温降温都较原有自然下垫面快，在相同的光照条件下，人工构筑物比原有自然下垫面升温快，其表面温度明显高于自然下垫面。郊区土地有大量植被覆盖，植物的蒸腾作用可以带走部分热量，使温度明显低于城市温度，呈现城市温度高于郊区的城市热岛效应。城市热岛效应导致大气污染物聚集在城市中心，严重危害居民身心健康，并且夏季城市高温带来的一系列反应也影响着城市居民的生活质量。
城市树木在夏季能阻碍太阳光的直射，通过蒸腾作用消耗热量。特别是城市树木成片种植时，林内、林外气温不同形成气温差，能产生对流形成空气流动，形成微风，一般由对流形成的风速约为1m/s。林外的热空气上升而由林内的冷空气补充，这种对流效应使城市森林的降温效果惠及到林外的城市环境，如果城市中树木分布均匀，可以调节整个城市的气温。根据有关测定，夏天树木下的温度比阳光下的温度可低3~5℃；冬季由于树木的挡风作用，同时由于树木枝干增加了受热面积，可降低风速，提高温度2~3℃。布局合理而规模较大的城市树木可以在城市中形成连续的低温区域，有效地将集中型城市热岛分散成多中心型热岛，在夏季起到很好的降温效果，而秋冬季节时，气温比无林带环境高。总体来说，布局合理的城市树木对城市环境可以起到冬暖夏凉的作用，即使城市树木在冬季的增温效果远远没有在夏季的降温效果更加惠及城市居民，但是对生活条件的改善效果是显而易见的。
能使人感觉舒适的空气湿度为30%~60%，如果空气湿度过高，易使人感到疲惫、情绪低落，过低则感到干燥、烦躁。城市空气的水汽压比郊区水汽压平均低0.3~0.7hPa，相对湿度低4%~6%。研究表明，城市高空中存在大量凝结核，同时在城市粗糙表面的阻碍作用以及城市热岛效应的影响下，城市内部气流往高空中上升，导致城市上空的积雨云云量和城市的降水量均比郊区多，这种效应也称为“城市雨岛效应”。
由于树木可以向空气中蒸腾大量水分，所以城市树木对改善城市空气湿度具有明显作用。据统计，一棵大小中等的杨树在夏季白天每小时由叶部将约25kg水蒸腾至空气中，一天可向空气中蒸发约半吨水；通常树林调节湿度的范围可达到树林周围相当于树高10~20倍的距离，甚至可以扩大到半径500m的邻近地区，而被行道树封闭的道路相对于没有行道树道路空气湿度差值可达20%以上。因此，在城市中种植大片树林，可以明显增加空气湿度，提高人体舒适度。当然，不同树木树种的蒸腾能力差别也很大，一般阔叶树的蒸腾能力高于针叶树，如榆树、杨树等的蒸腾能力均较高，而松类较低，因此可以选用阔叶树作为城市绿化的主要树种。
城市中的大量钢筋水泥建筑群和硬质路面，影响了自然风的风向和风速，再加上城市人口密度大、车辆多，以及废气的排放，导致城市的通风条件十分恶劣。若在城市与自然环境之间设置合理宽度的林带，可将郊区的气流引入城市之中，改善城市通风条件，这种林带通常称为“引风林”。城市树木形成的城市绿色廊道，不仅将郊区新鲜的空气不断向城市中心输入，调节城市气温，改善通风条件，还能够抵御风力大、风速高对城市带来的危害。在寒冷的冬季，利用常绿树种布置与冬季风向垂直的“防风林”，可以阻挡寒风，降低寒风和风沙对城市的危害。