城市的快速发展改变了原有下垫面,导致区域原有能量平衡发生变化,造成城市气温高于郊区。在全球变暖的大背景下,城市热岛效应导致极端天气频发,城市室外热湿环境与郊区的特征差异显著,对居民热健康、建筑能耗以及建筑热工设计等都产生了一定的负面影响。准确认识城市热岛效应的特征及成因是应对城市热岛效应带来负面影响的基础,由于城市热岛各影响因素间存在天然的因果关系,传统的统计分析方法往往难以剥离某一因素所产生的影响,城市热岛效应与城市形态、气候、人口等影响因素间的因果关系仍不清楚,并且因一些隐藏的阈值而变得更为复杂。因此,如何从城市热岛效应形成的物理过程,研究各影响因素对城市热岛效应的影响规律和影响程度仍是关键的科学问题。基于这样的研究背景,本研究以探讨各影响因素对城市热岛效应的影响规律和影响程度为目标,基于城市热岛效应形成的物理过程,建立适用于中高密度城市居住区的热岛强度计算模型,在全国范围进行城市热岛效应研究,并分析城市热岛效应对建筑夏季隔热和冬季保温产生的影响程度,主要内容如下:（1）基于城市下垫面能量平衡原理和城市冠层能量平衡原理,通过“解析法”求解能量平衡方程来构建中高密度城市居住区热岛强度计算模型。使用2013年全球城市热岛数据集以及在中国（西安）、美国（麦迪逊）、英国（伯明翰）、瑞士（巴塞尔）的观测数据进行验证,验证结果表明:城市下垫面能量平衡计算模块在郊区自然下垫面和城市建成区下垫面都具有较高的计算精度（郊区:RMSE＜1℃;城市:RMSE＜3.2℃）;城市冠层能量平衡计算模块在日尺度上的计算精度为:RMSE＜1.5℃,逐时尺度上的计算精度低于日尺度（西安RMSE=4.03℃,麦迪逊RMSE=3.17℃,巴塞尔RMSE=1.94℃）,与实测数据具有较好的一致性（R~2、NSE和IA都超过0.85）。使用中外多城市多源数据验证中高密度城市居住区热岛强度计算模型中仅保留一阶项的合理性,验证结果表明本模型的构建过程中仅保留一阶项也具有较高的精度（RMSE＜0.7℃）。（2）使用团队前期建立的1019台站和从Energy plus官网下载的两个台站气象数据,在全国范围内进行城市热岛效应各影响因素的贡献分析。各影响因素对城市热岛效应贡献的存在明显的季节性差异,在冬季,人为热和下垫面蓄热对热岛的贡献更显著（二者的贡献都超过1.3℃）;在夏季,植被蒸散发对热岛贡献更显著（贡献在1.5℃左右）;全年,空气动力学阻抗的贡献都很显著。（3）按照《建筑气候区划标准》（GB 50178-93）选取了20个典型城市,分析植被覆盖率（ρv）、建筑高度（hb）和建筑密度（ρb）对城市热岛效应缓解效果的影响。在相对湿度更低的Ⅶ气候区,植被蒸散发的贡献受植被覆盖率的影响更显著,在吐鲁番植被覆盖率每增加10%植被蒸散发的贡献降低0.33℃。空气动力学阻抗对城市热岛效应的贡献与建筑高度呈负相关,即随着建筑高度的增加,空气动力学阻抗的贡献逐渐降低;当建筑密度较低时,建筑高度的变化产生的影响相对较小（ρb=0.2,0.4-2.9℃）,而具有更高建筑密度时将加剧这一影响（ρb=0.7,1.4-8.4℃）。（4）依据《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-2016）选取典型城市,分析城市热岛效应对夏季建筑隔热和冬季保温设计产生的影响。城市热岛效应对夏季建筑隔热的影响在更为炎热的福州和广州更明显,屋面内表面温度的差异分别为1.2℃和1.1℃,其他城市为0.5-0.8℃;屋面内表面温度超过规定温度的时长差异分别为1.9 h和1.5 h,其他城市为0.6-0.8 h。铺设外保温大大降低了围护结构的传热系数,热工性能显著提升,提高了抵御热岛不利影响的能力,围护结构内表面温度的差异和不满足规范要求的时长差异显著降低。城市热岛效应对冬季保温设计产生正面影响,在不同气候条件以及不同需求下,产生的影响有所区别。整体来看,满足防结露需求,是否考虑热岛强度修正对热阻最小值产生的影响更显著。满足防结露需求时,在非采暖房间中是否考虑热岛强度修正的影响更显著,在采暖/非采暖房间中热阻最小值的差异分别为0.01-0.12 m~2·K·W-1和0.05-0.52 m~2·K·W-1。