由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动引发的全球气候变暖已成为无可争议的事实,作为土地利用/土地覆盖变化最激烈形式的城市集聚了全球一半人口,消费了 60-85%的世界能源,排放了全球76-78%的碳,因而城市和城市化越来越和气候变化联系在一起。城市热岛效应是城市热环境的突出表现形式和人类活动对城市气候影响的最突出特征,不仅影响城市生态环境和居民生产生活及身心健康,热岛带来的城市增温特别是极端高温热浪还会影响能源、交通和水消费等全球经济的各个方面。我国改革开放40年来经历了快速的社会经济发展和城市化进程,“国家新型城镇化规划（2014-2020年）”和“国家十三五发展规划”中明确提出推进新型城镇化发展和建设宜居城市的方针,要求坚持建设以人为本、城市生活和谐宜人、生态环境明显改善、空气质量逐步好转、饮用水安全得到保障的城市。因此研究过去40年快速城市化进程中城市热岛的变化特征及其形成机制对于城市的合理规划、宜居城市建设和城市可持续发展以及认识城市热环境、预测城市天气、研究全球气候变化等均具有重要的理论意义和现实价值。本文聚焦长江三角洲国家级城市群和典型城市上海市,从城市化发展历程、城市热岛效应的区域差异、典型城市热岛效应变化特征及归因三方面,从不同空间（城市群内部不同等级城市、典型城市）和时间（年际、年内、季节、月、日）尺度系统研究了长三角城市化发展历程、区域气象条件以及城市内部结构变化等对城市热岛效应形成的作用机制,旨在为长三角城市群城市规划、园林景观设计和未来气候变暖背景下城市高温热浪的应对管理提供科学依据,也有助于区域气候变化的响应和适应研究。通过分析建国以来长三角上海、江苏、浙江和安徽三省一市城市规模与数量、城市化率、三次产业结构、三次产业的从业人员构成、城市建设用地面积等指标,发现长三角地区城市化呈现快速化发展特征,已逐步成长为世界六大城市群之一。城市化发展主要体现在以下几个方面:1)城镇数量增多,呈现高速度增长、高密度集聚的特点;2)城市等级提高,并形成了完整的城市群体系;3)城市用地面积扩大,城市建筑空间快速向高空延伸;4)城市建设投资增加,市政设施水平大幅度提升;5)城市化促进人口、经济和谐发展,城市经济规模持续上升。基于长三角城市群不同等级城市41个气象站点1957-2013年长期气温观测数据,通过比较巨型城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市等不同等级城市的年均增温率,解析了背景增温和城市热岛效应的影响。研究发现,长三角城市群呈现明显的气候变暖趋势,增温率在0.108到0.483℃/10年之间;反映城市化发展水平的关键指标城市化率、城市人口和建成区面积与增温率均存在显著正相关,能解释超过80%的增温率变化;城市热岛效应随城市等级变化呈现出显著的区域差异,其对增温率的贡献份额在37.1-78.3%间,从长三角城市群区域视角揭示了城市规模和城市化程度对城市热岛效应形成的作用机制。基于不同时间尺度气象数据及城市内部结构数据的可获取性,城市和乡村站的典型性和代表性,进一步聚焦长三角城市群典型城市上海市,基于2017年气温及其他气象要素的逐时观测以及1961-2015年气温及其他气象要素的长期逐日观测数据,全面系统分析了上海市城市热岛强度的逐时和长期变化特征。上海市热岛强度的全年和四季的逐时变化趋势基本一致,在午夜和日出前分别有一个峰值,白天午后有一个谷值,冬季热岛强度的日变化最明显,春、秋次之并且比较接近,夏季最小。长期变化特征表现为:上海市城市热岛效应的发展可分为1960-1978年的缓慢增长阶段、1979-2003年的快速增长阶段和2004-2014年的增速减缓阶段。以1978年为界,上海市改革开放后日最高温、日最低温和日均温热岛强度都高于改革开放前,其中日最高温热岛强度增长幅度最大,无论是月份、季节还是全年平均值的增长幅度都最高。通过分析城市热岛形成的关键气象条件（风速、相对湿度、云量、降水等）和城市化发展特征指标（城市规模、用地构成和分布、人口数量与密度、城市建筑高度和能源消费等）与上海市城市热岛强度之间的相互关系,发现晴朗、干燥、微风或者静风条件最有利于城市热岛的形成,而大风、多云和高湿度气象条件下城市热岛强度小,且风速、云量和相对湿度的影响阈值分别为3.5 m/s、100%和90%。然而,即使在最不利的气象条件下,城市热岛仍能形成,表明人为热对城市热岛的形成起到重要作用。城市化发展通过改变城市下垫面状态、城市内部空间形态、人为热排放量和景观构成改变了城市热环境,促进城市热岛效应的形成,其中高层（8层以上）建筑数量、生产总值、人口密度、绿化覆盖率和社会车辆数量是上海市城市热岛形成的主要因素。进一步考量春节期间短期大规模人口流动对上海市城市热岛效应的影响,发现2000-2015年上海市春节周的日最高温、日均温和日最低温城市热岛强度分别为0.35℃、0.90℃和1.53℃,相对于背景场（春节前2-4周和春节后2-4周平均值）,分别低了 0.16℃、0.11℃和0.15℃,相对变化分别为31.4%、10.9%和8.9%,说明人口短期的快速流动对会对城市热岛产生明显影响,进一步证实了城市人口集聚显著改变了城市热环境。