城市化是全世界最为普遍的社会发展势态，不均匀的建筑群形态是城市的根本构成，其对大气运动的作用是城市气候形成的主要因素之一。本文建立了建筑群不均匀性表达的形态学参数化方法，完成了基于二次回归正交旋转组合设计的风洞实验方案，对所建立的形态学参数进行了初步的风洞实验研究。本文基于在现有城市冠层模型的基础上进行优化的思想，讨论了构建多层城市动力冠层模型的方案。针对冠层模式中关于建筑不均匀性缺乏系统的研究方法以及多数处于定性研究的现状，从建筑几何结构的形态学角度出发，建立了描述城市建筑不均匀性的形态学参数化方法，形成了一组可以较为系统地表达建筑的迎风面积、分布密度、形状、布局、风向、高度等因素的参数化方案，具体包括迎风面积指数（λf）、分布密度指数（λp）、形状指数（SBC）和综合非直线系数（R）四个参数，并给出了相应的计算方法。为了深入了解所采用的建筑群不均匀性描述参数与大气动力特性之间的关系，在所建立的形态学参数方案的基础上，本课题创新性地采用了二次回归正交旋转组合设计的试验设计方法，将所研究参数作为试验因素，设计了全面的风洞实验，通过准确的实验设计，把握各参数之间的交互关系以及对大气动力特性的作用效果，以此对建筑形态学参数影响大气动力特性的机理进行精确的实验研究。在完成基于二次回归正交旋转组合设计方法的全面风洞实验基础上，为了解所建立形态学参数的具体性能及其它因素的影响，本文进行了工况对比的风洞实验研究。实验结果表明，周围环境地貌粗糙度改变对拖曳力系数影响不显著；迎风面积指数是风向变化引起拖曳力系数变化的主要作用因素；模型表面风压差系数的分布具有一般性的规律，且在模型表面约0.5H附近最可能出现最大值或最小值区域；分布在较大平面区域内各建筑的单体拖曳力系数沿风向的变化趋势近似为一条衰减曲线，具有较为统一的拟合公式；基于压力测量的平均拖曳力系数一般较基于拖曳力测量的平均拖曳力系数大10%~20%。在本实验的工况之间进行对比研究发现，分别在迎风面积指数增大、分布密度指数增大、形状指数增大、综合非直线系数减小的单因素变化情况下拖曳力系数会显著增大。