绿化屋面是低冲击开发（LID）的一种重要的应用措施。绿化屋面通过植被层对雨水的截留和利用、基质层对雨水的滞蓄等作用，能够有效的解决城市雨洪问题。本研究通过搭建实验装置进行人工降雨的方法，定量化的研究在天津市气候下绿化屋面的水文水质特征。绿化屋面的结构形式从上到下依次设计为：植被层、土壤层、基质层、过滤层、排水层。拟选取主要研究的变量为：基质层的高度、降雨强度、以及排水层的结构。降雨采用的是喷头形式的雨滴发生器，雨水按照天津市天然雨水水质配制，人工配制雨水从水箱由水泵输送至喷头，进行人工降雨。在水质指标方面，主要选取TN、NO3--N、NH3-N、TP、COD、pH、浊度等。水文方面主要分析径流削减率、洪峰延迟时间和削减率、产流延迟时间和产流过程。通过研究发现：绿化屋面对雨水的径流削减率能达到13.4%-68.9%，随着实验历时的增加，研究中30场降雨过程中绿化屋面的径流削减率呈幂函数形式降低，其余的10场雨，绿化屋面的径流削减率更加趋于线性形式降低；基质层高度为5cm、10cm、20cm和30cm的绿化屋面的洪峰削减率的平均值分别为：30.52%、31.24%、71.92%和80.32%。水质方面主要分析降雨强度和基质层高度对出水水质的影响效果，以及绿化屋面对于TN、TP、COD三种指标的质量截留率。通过研究发现：随着降雨强度和基质层高度的变化，不同水质指标会呈现不同的变化趋势，绿化屋面对于总氮的质量截留率范围是：36.78%-80.29%；绿化屋面对于COD的质量截留率范围是：27.68%-85.99%；绿化屋面对于TP表现出了释放性，释放的TP量最多可达到降雨中TP总质量的16倍。