在全球氣候變化的背景下，城市氣候問題越發明顯，城市規劃生態化受到全球各國的廣泛關注。通過城市規劃的生態化將城市規劃與城市生態規劃融合在一個理論框架之下，無論對城市規劃還是對城市生態規劃都具有重要意義。本書以集成綜合思維的方式對城市物理環境與城市能耗進行模擬與評價，探究風、熱、能耗與城市空間形態的交互機制，從而建立起城市的“形態-氣候-能耗”的理論和方法體繫，對推動城市可持續發展具有重要的理論和實踐指導意義。

在大尺度氣像條件和其他因素的共同作用下，城市形態決定了城市氣候，城市氣候又顯著影響著城市能耗，三者之間密切聯繫、相互影響。本書基於城市形態、城市氣候、城市能耗的既有理論和知識，繫統整理與總結了研究團隊過去十餘年的研究成果，完整地建立起城市的“形態-氣候-能耗”的理論和方法體繫。具體內容包括城市形態基礎理論、城市氣候的形成機制及數理模型、城市形態決定城市氣候的原理、城市能耗的概念及計算方法等。

石邢，同濟大學建築與城市規劃學院長聘教授、副院長，高密度人居環境生態與 節能*重點實驗室主任。主要研究方向為綠色建築性能及其優化設計、城市建 築能耗模擬、城市微氣候等。發表論文150餘篇，其中SCI收錄60餘篇；出版專著4 部；獲*科技進步獎、華夏建設科技獎、國際學術會議*佳論文獎等國內外科技學術獎勵多次；主持參與*和省部級縱向科研項目二十餘項；承擔國內外設計咨詢項目五十餘項。擔任中國建築學會建築物理分會副理事長等學術職務。

城市形態、氣候與能耗是三個十分重要、密切關聯、互相影響的概念，也是在全球氣候變化和碳中和背景下建築學、城鄉規劃學和其他相關學科（以下統稱為建築類學科）研究城市問題的重點關注內容。 城市形態是城市物質空間的結構和形式，是三者中*為基礎、研究開始*早的概念，是建築類學科研究的一個經典方向。城市氣候有時也稱城市微氣候，是在自然氣候、城市建成環境、人的生產生活行為等因素共同作用下形成的城市空間裡特有的氣候。城市能耗在廣義上是指城市裡消耗的所有能源的總和；狹義上是指城市建築消耗的能源，即城市建築能耗。在建築類學科的研究範疇，更多采用其狹義的定義。 城市形態、城市氣候、城市能耗三者之間關繫密切且復雜，簡單地說：城市形態對城市氣候和城市能耗有重要的影響；自然氣候作用於城市形態，加上其他機制，形成了城市氣候；城市氣候是城市能耗發生的邊界條件；從城市形態到城市氣候再到城市能耗，形成一條因果鏈，城市能耗位於這條因果鏈傳導的*下遊；城市能耗也反過來影響城市氣候，乃至影響城市形態。 本書共有四章，第1章為“城市形態”，介紹城市形態的基本概念、西方城市形態學研究領域的代表性學者和描述城市形態的指標。第2章為“城市氣候的基本概念和數理模型”，介紹城市氣候的基本概念、城市氣候研究的EA繫統及其內部的物質和能量的傳遞與平衡、城市氣候的數理模型和多尺度城市氣候的模擬。第3章為“城市氣候”，介紹城市風環境和城市熱環境。第4章為“城市能耗”，介紹城市能耗與城市建築能耗的概念、城市建築能耗的計算方法、城市建築能耗計算所需數據和城市建築能耗的計算案例。

UWG是基於城市冠層模型的城市氣候模擬軟件，可以根據郊區氣像站觀測的氣像參數計算城市中的逐時空氣溫度與相對濕度。因為城市冠層模型的計算負荷比計算流體力學模型小很多，所以UWG多被用於局地至中觀尺度的熱環境模擬，或與建築能耗模型耦合，為建築單體的能耗模擬提供微氣候參數。UWG主要由四個模塊組成，包括郊區氣像站模型（RSM）、垂直擴散模型（VDM）、城市邊界層模型（UBL）和城市冠層與建築能耗模型（UC-BEM）。

四個模塊的交互如圖2-35所示，RSM模塊根據郊區氣像站的氣像參數計算郊區的顯熱通量，VDM模塊根據氣像站參數與RSM計算的顯熱通量計算郊區的垂直溫度分布，在此基礎上UBL模塊計算城市冠層上空的顯熱通量和空氣溫度，最後由UC-BEM模塊計算城市冠層內部的空氣溫度。

RSM使用了基於土壤表面能量平衡的郊區冠層模型，可以根據郊區氣像站的逐時氣像觀測數據計算郊區的顯熱通量，並將其傳遞到VDM與UBL模塊。VDM模塊基於熱擴散方程，根據氣像站數據與RSM的郊區顯熱通量計算郊區的垂直溫度分布，並將其傳遞到UBL模塊。UBL模塊根據VDM的垂直溫度分布與RSM的顯熱通量計算城市冠層上空的顯熱通量與空氣溫度，並將其傳遞到UC-BEM模塊。UBL模塊是基於城市邊界層中的能量平衡原理，該由混合高度與邊界層高度限定。UC-BEM模塊根據氣像站的輻射、降雨、風速、濕度數據和UBL的空氣溫度計算城市冠層內部的空氣溫濕度。UC-BEM模塊基於城鎮能量平衡模型（Town Energy Balance Scheme）與建築能耗模型，假設城市冠層內的空氣是充分混合的。城市冠層中的能量平衡考慮了來自牆體、窗戶和道路的熱通量，城市冠層與上層大氣之間的顯熱交換，城市冠層與天空之間的輻射熱交換，以及由建築滲透、暖通空調繫統及其他人為熱源產生的熱通量。