随着经济的高速发展，城市人口越来越密集，城市化带来的问题越来越严重。城市复杂下垫面土地利用类型的非均一性对城市气象环境的影响、城市边界层垂直结构的复杂性、小规模城市的发展均需要建立高分辨率的城市边界层精细模式来实现对城市边界层结构的精细和小规模城市规划气象环境的评估。 (1)建立了城市边界层精细模式，该模式是一个兼作诊断和预报的边界层模式，可实施100m细网格的高分辨城市边界层模拟。它是一个地形跟随坐标系下的三维非静力模式，模式采用湍能-耗散率闭合方案，模式基本方程包括动量方程、热量方程、水汽方程、连续方程和湍流动能和耗散率方程，模式中考虑了城市地区人为热源的作用，建筑物的拖曳力作用，同时还引入了热力粗糙度。 (2)在城市边界层精细模式中耦合引入城市热力冠层模式，热力冠层模式详细考虑了冠层建筑物结构对长短波辐射的遮蔽和封截作用以及冠层结构强大的热存储能力。 (3)建立了城市建筑物动力冠层方案，并将该方案单独引入城市边界层精细模式中，动力冠层方案描叙了建筑物三维结构的拖曳力作用以及建筑物形态对湍流活动和动量交换的影响。 (4)为了研究冠层建筑物热力和动力因子对城市气象环境和精细边界层结构的影响，在城市边界层精细模式中同时耦合引入了热力冠层和动力冠层模式。运用城市边界层精细模式通过敏感数值试验模拟对比发现，在城市边界层模式中引入热力粗糙度和水汽过程，使得气温、风速和空气比湿模拟结果更接近实际观测值。并采用该城市边界层精细模式诊断分析了小规模城市的气象环境和边界层特征。 研究表明：(1)城市冠层三维结构储热释放是夜间城市热岛形成的主要原因，人为热源加强了夜间的城市热岛强度。冠层结构和人为热源对夜间城市热岛强度的贡献分别约为70％和30％。(2)街道宽度改变对城市地区的影响：街道越窄，城市气温越高。街道宽度分别为10m、20m和40m情况下的城乡温差分别为1.13℃、0.97℃和0.85℃，这表明街道越窄城市地区热岛强度越大。(3)建筑物高度变化的影响：建筑物高度越高，冠层整体反照率越小；建筑物越高，白天冠层内墙壁和路面温度越低，但夜间墙壁和路面温度却越高；建筑物越高白天净辐射通量越大，夜间释放长波辐射也越大，建筑物越高使得城乡温差越大。