城市化在快速推进我国社会和经济发展的同时，也造成了严重的城市生态环境问题，其中城市热环境是重要方面。城市是一个异常复杂的自然—社会复合系统，城市内部各种复杂的景观信息使得热环境的时空变异十分强烈，要系统地把握城市热环境问题需要在不同学科的视角上进行深入研究。城市地表参数对热环境的影响是否随时间变化而变化？如何实现热环境模拟的多尺度耦合？这些问题的解决对全面理解城市热环境问题有着重要意义。本文以南中国最大的城市—广州市为典型案例，利用传统气象站点历史数据分析了广州近60年来热环境演变特征，基于遥感影像获取城市2005年下半年4个时期的地表温度格局及定量其与典型城市地表物理参数的相关性，最后耦合不同空间尺度热环境数值模型进行校园热环境模拟研究。本文创新之处在于将时间尺度和空间尺度考虑到城市热环境格局分析、相关性分析以及热环境模拟当中，本研究可为系统把握城市化带来的热环境效应与城市热环境时空变化格局分析提供研究新思路。　　本论文主要得到以下研究成果与结论:　　(1)广州市近60年增温趋势明显，极端高温频率有所上升，日照时数、风速、相对湿度则呈下降态势，变化趋势的转折点大概在20世纪80年代中期。不同季节和月份气温变化趋势差异明显，总体上春季、秋季增温幅度较大，冬季增温较为缓慢。不同月份气温变化分析结果显示，广州市近60年来2月份增温最强，其次是3、7、8、10月份。　　(2)广州市热环境时空变化明显。在城市中心区尺度上，夏季原本集中在主城区的热岛集聚区随时间变化逐渐退出城市中心区，而南部的冷岛集聚区开始消失;热岛集聚区重心向南移动，冷岛集聚区重心向北移动。在核心区内部温度增减的格局空间差异明显，这些差异与城市建筑高度和建筑面积有密切关系。　　(3)不同研究时期内NDVI与地表温度呈负相关关系，而非渗透地表与地表温度呈正相关关系。NDVI对地表温度的指示能力在夏季较弱，秋季指示能力较强，而非渗透地表则呈相反的变化趋势。城市地表温度的季相变化是造成这种相关性差异的主要原因。相对于建筑高度，建筑面积百分比与地表温度的关系更为密切。建筑面积百分比和建筑高度二者对地表温度的影响都随季相变化而减弱。　　(4)耦合中尺度气象模式WRF和室外微气候模拟工具ENVI-met进行校园热环境模拟显示，空气温度和湿度的模拟结果分别可以表达真实情况的60.3％和36.8％。分析实测和模拟结果发现，校园气温时间变化曲线呈“∩”型，最大值出现在午后15时前后。白天时间高温范围集中在沥青混凝土路面，而晚间建筑物周边气温也较高。在垂直方向上随高度建筑物对气温的影响越来越明显。