城市气象的研究已有近2年的历史。它的发展与边界层观测手段和技术的进步、边界层气象学的发展及城市化的进程密切相关，大致经历了3个阶段。

①20世纪30年代以前，主要针对城市和郊区的温度、雾和降水等要素的观测比较，描述城市特有的大气现象。在这期间，英国气候学家L.霍华德（Luke Howard，中文全译名路克·霍华德）根据空气污染和气象观测，提出了伦敦的大雾是城市的产物，创立了“城市雾”一词，并发现了著名的城市热岛效应。奥地利科学家W.施密特（Wilhelm Schmidt，1868～1954）对城市内部不同景观地区进行气象观测，首创用汽车在城市进行流动气象观测，与定点观测值作对比订正后，绘制同一时刻气象要素等值线图。

②60年代中期，城市气象研究得到快速发展。开始加强对城市冠层和城市边界层动力学和数值模拟的研究。美国几个高等学校和研究机构共同拟定一项为期5年（1971～1975）的大规模的大都市气象观测试验计划（METROMEX），地点选择在美国中部平原地区密苏里州的圣路易斯市，主要研究城市对降水的影响。通过这项大规模的观测试验，发现城市产生的上升气流有利于对流云和降水的形成；且气溶胶中较多的具有较强吸水性的凝结（或冻）核亦是成云和降水的重要条件（其物理机制目前仍有争论），证明了城市及其下风方向确有增加降水的效应。此外对有关热岛、风场、湿度场等项研究都取得了很大成果，标志着边界层气象学在城市地区的研究得到了新的发展。

③80年代以后，首先是中国的周淑贞等人继续开展50年代开始的研究工作，对上海城市和郊区的各种气象要素和大气污染进行观测，阐明了城市热岛、干岛、湿岛、浑浊岛和雨岛五岛效应的特征和形成过程。这个时期的研究主要有两个特点：其一是观测手段更为先进。例如应用高分辨率卫星研究城市热岛的空间分布和温度反演及观测地表反照率的变化，在飞机上利用红外辐射仪探测火力发电厂烟气对辐射平衡的影响；利用遥感仪器探测具有1000兆瓦的热源对城市边界层的热力学效应，加强对边界层结构和湍流的监测等。其二是理论研究有显著进展。城市冠层与边界层的非线性动力学分析和数值模拟进一步发展，例如城市热岛的成因及数值实验等。基于城市气象综合观测试验与分析，增进了对城市冠层和城市边界层结构的认识，发展了平板、单层、多层等多种不同复杂程度的城市冠层模式，提高了对城市冠层和城市边界层及其对气象条件影响的认知水平和数值模拟能力。

21世纪初，随着探测手段的不断改善，进一步揭示了城市边界层演变的细微结构。随着计算机技术的进步，边界层参数化方案和城市模块在中尺度气象模式中得到了较为充分的体现，进而优化了城市和区域模式的预报精度。这两方面的进步推动了城市气象学的发展。

城市气象学研究的主要特点包括：①城市气象伴随着人类活动应运而生。在局地环流背景的制约下，人类活动对大气的影响，首先是通过下垫面性质的改变来实现的。局地能量收支的改变、城市高强度经济活动产生的大气污染和人为热的排放，可能影响着城市及其下风方向各种气象要素的日变化规律和天气现象。②城市气象学研究以边界层气象学为理论基础，并充分注意到城市冠层给空间结构带来的复杂性，是边界层气象学重要的组成部分。进行三维空间观测的同时，应当考虑三个方面的问题：地面要素的日变化规律；地面物理量通量的交换过程；湍流垂直通量的特征。③城市气象学有着理论与实际应用紧密结合的特点。在进行天气预报、大气污染预报和气象灾害的防御时，都应当考虑城市下垫面及人类活动对天气和污染扩散的影响。

城市气象学的内容主要涉及城市冠层和边界层特征、城市对局地各种气象要素和天气特征的影响机制与过程，以及城市气象环境预报与影响评估等方面。①城市冠层和边界层特征。主要内容包括城市冠层内部不同下垫面和不同城市街谷的要素特征；城市、近郊和远郊近地层的特征；城市和郊区大范围的三维空间气象要素特征；城乡下垫面的反照率、温度、植被和水汽等特征。②城市对局地各种气象要素和天气特征的影响机制与过程。主要内容包括城市冠层和边界层内各种要素和物理过程的形成机制和演变规律；城市冠层与城市边界层以及上层自由大气各层之间的动量传输过程；各要素之间的相互关联和相互制约的规律性；大气污染物质的化学转化与扩散规律；城市对局地天气的影响等。③城市气象环境预报与影响评估。主要内容包括城市复杂下垫面条件下大气污染的扩散规律及地区差异；城市大气污染预报；城市夏季热浪预报（即高温预报中应叠加城市热岛效应）；不同尺度的城市绿化、白色墙壁/屋顶、透水路面等环境干预措施效果的定量评估等。

城市气象学是应用气象学一个分支，也是环境科学的重要组成部分，与空气污染气象学、大气化学、大气物理学、大气环境、生物气象、健康气象学、交通气象学、气候变化学等大气科学分支学科关系密切，所关注的内容也有所交叉。

城市气象学作为一门新兴学科，与人类生活密切相关，在城市防灾减灾、应对气候变化、环境气象、健康气象以及城市建设等方面具有广泛应用。城市热岛效应使高温热浪、暴雨、雾、霾等高影响天气的强度和发生频率均有所增加，直接影响城市天气预报和防灾减灾。同时，城市是污染物、人为热和温室气体的集中排放区域，形成了独特的城市气候，对区域气候乃至全球气候变化具有重要影响。而城市化背景下城市边界层中的人为排放将影响大气的成分、结构和特性，进而影响城市污染物扩散、输送、迁移和转化过程。城市的不同人居环境和不同大气环境质量则将影响人类机体的物理、化学和生物条件，研究城市气象学可为治疗疾病和卫生保健服务。随着城镇化的快速发展，气象环境问题日益凸显。采用城市大气数值模式、评估指标体系和可视化分析软件，综合评估城市规划建设对气象环境的影响，可充分体现城市规划中以人为本的理念，使城市规划建设大气环境影响评估工作在科学性、定量化等方面上了一个新台阶。交通管理、城市积涝、电力等城市安全运行领域，均与城市气象密切相关。因此，城市气象在城市建筑与城市规划中的应用，将有助于提高城市的科学规划和管理水平，为城市规划、管理及合理开发利用、保护气候资源等提供了科学依据，也将在城市的发展中取得更大的社会效益和经济效益。

由于城市气象学与人们生产与生活密切相关，是应用气象学研究的热点。但是，城市气象学的科研与业务服务能力还不能完全（充分）满足当前生态文明建设的需求。未来城市气象学拟重点加强以下方面的研究：①城市冠层和边界层内的生物-物理-化学-社会过程形成机制和演变规律；②城市人类活动与大气环境的相互影响与气象环境灾害减缓机制；③精细化城市气象模式系统研发。