城市街区作为居民生活不可或缺的一部分,其微环境对居住者身心健康有着非常重要的影响。本文借助北京市气象局社会化观测系统在门头沟城区从2019年11月到2020年11月开展了为期一年的城市微环境观测试验,采用局地气候分区,分析了局地环境对近地面气温、比湿、风场的影响,深入探讨了城市内部微环境的局地差异、初步分析了原因;并利用并行大涡模拟模式（Parallelized Large-eddy simulation Model,PALM）进行了城市街区微环境热动力相互作用的数值模拟研究,分析了中性、不稳定、稳定三种层结时,高层开阔、高层密集、中层密集、稀疏建筑四个局地气候分区流线、风速、垂直速度、湍流能量的差异。智能气象站晴天小风观测资料分析结果表明:（1）白天气温受太阳辐射、建筑物遮蔽、土地利用、人为热排放的综合影响,高层密集型、中层密集型、稀疏建筑等不透水率较高的地块气温最高,其次是密集树木地块,最后是水体地块;夜间气温主要受城市冠层特性和人为热排放（交通、生活）的影响,中层密集型地块气温明显高于其他各地块,在各季节均一致。建筑物密度越大气温越高,中层密集型地块夏季日平均气温偏高0.68℃（与稀疏建筑地块相比,下同）,高层密集型地块冬季日平均气温偏高0.66℃。密集树木地块夏季的降温效应（0.3℃）强于冬季（0.07℃）。水体的降温效应主要体现在夏季白天,平均偏低0.29℃,夜间平均偏高0.45℃;而冬季水体以增温效应为主,日平均偏高0.38℃。（2）比湿在白天与夜间的特征较为一致,由于水体蒸发和树木的蒸腾作用,水体地块、密集树木地块比湿总体较高,高层密集型、中层密集型、稀疏建筑地块因不透水表面水分快速流失,比湿总体较低。比湿的差异仅在夏季的稀疏建筑、中层密集型与高层密集型地块较明显,中层密集型地块日平均偏低0.34g/kg,高层密集型地块日平均偏低0.18g/kg。（3）门头沟城区具有典型的山谷风环流特征,春夏季山风时段均为22时到09时,其余为谷风时段,秋季山风结束时间和谷风起始时间比冬季早1小时。水体地块由于粗糙度较小,夏季、冬季风速日平均分别偏高0.5和0.37m/s;密集树木由于风屏障作用,夏季、冬季风速日平均偏低0.13m/s和0.23m/s;由于建筑物的阻挡作用,夏季、冬季,中层密集型地块风速日平均偏低0.54m/s和0.48m/s;高层密集型地块夏季以阻挡作用为主,日平均偏低0.13m/s,冬季以狭管效应为主,日平均偏高0.032m/s。数值模拟分析表明:PALM能较好地模拟近地面水平温度场和风场,模拟的气温和风速与智能气象站观测的均方根误差仅为0.63℃和0.8m/s。利用该模式开展的城市街区微环境热动力相互作用的数值模拟研究发现:（1）与中性层结时相比,不稳定层结时水平涡旋环流结构被削弱、垂直涡旋环流结构得到加强,而稳定层结时则与之相反,该现象在高层密集型地块最为明显,然后依次是中层密集型、稀疏建筑、高层开阔型地块。（2）建筑物的迎风面和背风面均为风速的低值区,风速的高值区和高切变区位于建筑物两侧和建筑物顶部;湍流能量的高值区位于建筑物拐角处、建筑物间隙之间以及部分空腔区。（3）不同层结时,垂直速度差异最大的地方是建筑物背风侧空腔区,不稳定层结时空腔区垂直运动明显增强,而稳定层结时则与之相反,这在高层密集型地块最为明显,然后依次是中层密集型、稀疏建筑、高层开阔型地块。高层密集型地块垂直剖面上,与中性层结相比,不稳定层结时建筑物空腔区内上升气流平均增大1.4m/s,下沉气流平均增大1.2m/s,增加近一倍,与建筑物动力影响相当。（4）在高层密集和中层密集型地块,不稳定层结相比中性层结时,空气交换率平均分别增加67m2/s2、12.2m2/s2,增加1.2、1.1倍。本文所用研究方法及揭示的城市微环境特征,可为宜居城市规划建设提供科学依据。