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城市热环境是城市生态环境的重要组成部分,城镇化在空间上体现为自然景观被城市景观替代的过程,城市持续扩张和自然绿地面积减少引发城市生态环境恶化,尤其是城市热环境恶化,使得人居环境品质降低和建筑空调能耗增大的问题越来越严峻。建立气候变化和城市扩张背景下的城市热环境模拟方法,准确预测不同城市发展情景下的热环境分布格局,对实现热环境格局优化的城市空间扩张策略和城市生态空间构建具有重要意义。本研究建立了基于精细化土地利用数据的中尺度气候模拟软件WRF（Weather Research and Forecasting Model）耦合单层城市冠层模型UCM（Urban Canopy Model）模拟方法,多学科结合的开展了城镇化和气候变化双重背景下城市热环境格局模拟预测研究。首先,通过对精细化土地利用数据的提取,物理过程参数化方案的确定和UCM内城市参数的设定三部分内容的研究,建立基于精细化土地利用数据的WRF耦合UCM的热环境模拟方法。对比2-m空气温度、10-m风速等热环境参数的模拟结果与观测结果,二者具有较好的一致性,验证了所建立的模拟方法用于城市热环境模拟的可靠性。其次,引入元胞自动机-马尔科夫链模型建立城市扩张预测模型,建立了基于区域约束条件下的城市沿沿南北方向和东西方向以高、中、低密度扩张的6个城市扩张情景。同时模拟了基于区域约束条件的广州沿南北方向和东西方向以高、中、低密度扩张生成的6个城市理想扩张情景的热环境分布格局,实现了城市用地扩张下城市不同建设密度等多约束条件下的城市热环境模拟并提出不同情景下基于热环境优化的城市空间发展格局策略。第三,模拟预测未来气候变化背景下城市热环境水平。运用全球模式MIROC4.0Hires嵌套WRF/UCM进行动力降尺度模拟,预估了IPCC中SRES A1B排放情景下2032年的广州地区城市热环境。模拟结果表明广州地区2032年的日间温度较2012年升高最高约2℃,且城市空气温度空间分布特征发生变化。最后,构建气候变化和城市扩张双重背景下城市热环境模拟体系。模拟预测了城市扩张和气候变化双重背景下2032年广州分别沿南北方向和东西方向以高、中、低三种建设强度扩张,共6个情景下热环境水平,提出相应的城市空间发展的应对策略。