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微气候（microclimate），有别于大气候（macroclimate），指的是空间上与地表直接接触的近地面空气层，是动植物赖以生存的气候环境。每个城市都具有其独特的微气候，但也与大区域和全球气候相联系。从垂直角度看（图1-4），城市边界层（UBL）为地表向上延伸的2～3km，城市冠层（UCL）是从地表到建筑顶部高度的垂直区域。在城市边界层之上，大气被宏观尺度的变化过程所影响，对地表附近的变化反应比较迟钝，在城市边界层之下，城市建成区的性质对城市边界层以内的大气层气候有着决定性的影响，微气候现象就发生在这个有限的空间中。
因为城市冠层内在的异质性，所以在任何一个城市空间内都会形成一个独特的微气候，这个城市空间周边的物理性质、城市与区域的环境决定着微气候，可以使用气温、风速、湿度、辐射平衡和其他气候指标来表达微气候。城市空间的构成、城市表面材料的热学性质和光学性质、景观植被的使用状况都是设计参数，我们可以利用这些设计参数来调整微气候。因为城市与建筑设计可能对室外热舒适和建筑能量荷载产生局部影响，所以城市微气候成为城市规划与建筑学专业的研究课题。由于城市微气候与人们生产、生活的相关性较大，是关系城市生活环境、城市规划发展、局地气候变化乃至全球变暖的重大问题，也是当今城市气象研究中的一个热点课题。
图1-4 城市微气候系统示意图
快速城市化造成了土地利用和土地覆盖的变化，引起了诸如城市热岛效应、非点源污染、大气污染、生物多样性降低等一系列的生态环境问题，未来地球生态系统将愈来愈受到城市化发展步伐和模式的影响。因此，城市微气候问题日益受到重视。关于城市微气候方面的研究已经从微观尺度（房间和建筑尺度）和宏观尺度（城市和城区尺度）向中等尺度（城市街区和建筑组团尺度）扩展，现有的相关研究开始关注于街区层峡 [1] 、下垫面构成、城市密度、城市形态、布局结构、建筑体量等城市规划设计指标对城市空气流动方式、城市空气质量、城市热岛效应、城市日照等方面的影响，如城市热岛效应问题、城市近地层的逆温层与城市污染等。
图1-5 街区层峡的几何模型
在诸多城市微气候指标中，城市热环境问题是城镇化影响区域微气候问题最突出的表现。城市热岛（UHI）效应是19世纪初Howard在对伦敦进行观测时发现的（图1-6），城市热环境与城市面积、城市功能、城市规模、城市人口、热能排放与城市密度成正比。由于城市绿地、植被和水面等生态要素的不合理布局，城市的裸露地表面积越来越大，导致城市的近地层经常出现逆温层现象，是形成城市灰霾的气象条件之一。
图1-6 城市温度分布图
城市微气候的恶化产生一系列城市环境问题，如城市能耗的增加、居住环境舒适度的降低、城市居民身心健康的恶化、城市气候的反常、大气污染的增加等。
由于城市微气候的问题是由城市系统能量、物质、空间各要素系统集聚而引起的，故在进行城市规划和景观绿化设计的过程中，通过改变建筑布局的方式、景观绿化设计因子、植被或道路等下垫面因子，可以调节和优化室外微气候；由于微气候与人们生产、生活的相关性较大，目前已成为城市规划、建筑学与城市气候学研究的热点问题。
[1] 街区层峡是用来描述城市形态的最普遍使用的模型之一。街区层峡是指一个城市线性的空间，如一条街，街道两侧由垂直的元素围合，如相邻建筑的墙壁。作为一种城市形态几何模型，街区层峡可以表达为构成城市表面的重复模块，也可以表达为城市地面上的人活动所占据的空间。街区层峡的几何模型如图1-5所示。其中，高宽比H/W表示街区层峡的截面比例，街区层峡的轴向θ表达了空间延伸的方向，天空视域因子（sky view factor,SVF）用来描述街区层峡的截向比例：SVF=cosβ，β=tan −1 （H/0.5W ）。