城市中心区作为城市内部中观尺度区域，其表面存在能量平衡（SEB），如图1-2所示。
Q＊+QF=QH+QE+QS+QA单位：W／m2（1-1）
式中：Q＊——净辐射；
QF——人为热；
QH——大气显热交换量；
QE——潜热交换量（涉及不透水面蒸发）；
QS——下垫面净贮热量；
QA——净水平对流热量。
图1-2 城市表面能量平衡示意图
＊资料来源：改绘自Oke.T.R
1）辐射
辐射是城市热量得失的主要组成部分，波长在0.3～3μm的辐射被称为短波辐射，波长在3～100μm的辐射被称为长波辐射，太阳辐射一般为短波辐射。冠层内存在净辐射平衡：
式中：Q＊——净辐射；
Kdir——来自太阳的直接短波辐射；
Kdif——扩散辐射，来自天空中云层或颗粒悬浮物反射的太阳辐射；(www.xing528.com)
α——城市覆盖层表面反射系数；
L↑——从城市覆盖层表面释放出的长波辐射；
L↓——从城市覆盖层表面接收到的来自天空的长波辐射。
2）人为热
人在城市中从事生产生活的过程都会消耗和产生热量，人为热大小可以从三个方面计算：
QF=QV+QB+QM单位：W／m2（1-3）
人为热QF等于车辆产生的热通量QV、建筑产生的热通量QB和人体新陈代谢产生的热通量QM之和。车辆产热具有明显的昼夜差异及工作日和节假日的差异，同城市道路交通量息息相关。建筑产热包括电力消费及供热燃料消耗，其中火电厂、化工厂等工业场所释放热远远大于居住或办公建筑释放热。特殊的集会等人群密集条件会造成局部热源。人为热可以通过交通量、建筑耗电量与采暖消耗等进行估算[5]。
3）显热交换
城市表面层与外界大气对流交换从机理上分为两类：一是热力紊流引起向边界层的热空气扩散、城市周边冷空气补充产生的热量的传递；二是风力引起的机械紊流而产生的热量传递。在无风或静风条件下，热力紊流是城市热损失的主要方式，传热量大小与气温垂直梯度、下垫面粗糙程度等因素有关[6]。
4）潜热
影响城市热环境的潜热交换量包括两个物理过程：一是水分的蒸发（或凝结）；二是冰面的升华（或凝华）[7]。大量研究已经发现，有效的水分影响潜热通量的大小，反之潜热通量会影响到气温变化，植物蒸腾作用及透水性地面的蒸发会在一定程度上降低空气温度。城乡间植被覆盖率的差异，是影响热岛效应的主要原因之一。
5）城市的净存储热
来自太阳、大气的辐射及人为产生的各种热量会被城市表面存储，表面材质、建筑布局及规模都会对热存储产生影响。
6）城市内对流小气候
城市中不同建筑空间形态、土地类型、植被分布等人为影响，产生不同的热源和冷源，冷热源之间距离适中，会产生对流小气候，城市中合理组织廊道，利用这种小气候，可以在一定程度上改善城市局部热环境。
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