反映了城市化对自然环境的改变，特别是城市热岛效应。城市热环境影响城市生态系统的过程和功能以及能源和水资源等的消耗，并且与人体冷暖感受密切相关，直接影响城市居民的气候舒适度和身体健康。

城市热环境通常采用地表温度和近地面1.5米气温来表征和测度。地表温度是指城市中不同下垫面（如道路、建筑、草地、林地）的表面温度。一般来说，城市中的道路、建筑等不透水表面地表温度较高；而草地、林地、水体等的地表温度较低。地表温度可以通过卫星的热红外波段反演获取，因此具有覆盖面积广、空间上连续、空间分辨率较高等特点。城市气温与人体对温度的感受直接相关，其监测主要利用自动气象站或带有防辐射罩的温度计，开展定点或流动监测。为了获得连续的气温空间分布，也常利用中尺度气象模型（mesoscale model 5，MM5）、天气研究与预报模式（weather research and forecasting model, WRF）、计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）等模型进行数值模拟，反演出气温的空间分布及动态。

从能量平衡的角度看（公式），进入城市系统的太阳辐射能和人为热会转化成四种方式：显热、潜热、储热和水平方向流动的能量。由于城市景观格局和人为热排放的空间异质性，城市不同区域的能量输入和分配存在差异。城市中，通常人为排放热高、潜热少、能量流动慢，容易形成高温区域。

式中为全波段的净辐射能量（包括长波和短波的能量），为人为热排放，和之和表征能量的输入；为显热（决定了空气温度），为潜热（蒸腾作用等消耗的能量），它们是能量的输出；为储热通量，为水平方向上的热通量，它们既可以是能量的输入也可以是输出。

城市温度高于周边乡村地区的现象。城市热岛（UHI）的形成与城市化过程中下垫面的改变（主要表现为自然植被和水体等被建筑物、道路等人工构筑物所取代）密切相关，同时也与人类活动产生的大量废热有关。城市热岛的研究，从早期的重点关注城-乡气温差异，逐步发展到关注城市内部温度的空间异质性；从初期的只关注气温差异，发展到基于热红外遥感的地表温度热岛研究（SUHI）；再到新近的基于城市景观格局的异质性，划分局地气候分区（LCZ），将城-乡尺度的热岛研究细化到局地尺度。城市热岛的生态环境效应、对人体健康的影响，以及如何改善城市热环境、应对和缓解城市热岛的负面影响，一直是城市热环境研究的热点和重点。

城市热环境的改善，重点是调节城市生态系统能量的输入及其在城市内部的分配。常采用高反照率的材质来减少太阳净辐射，增加绿地遮阴并利用植被的蒸腾作用来增加潜热，通过改变人类生产生活方式来减少人为热排放，以及建设通风廊道、合理规划绿地格局等来促进城乡热交换。