ヒートアイランド
ニューヨーク、パリ、ベルリンなど世界各地の都市で世界平均気温よりも大きな割合での気温上昇、つまりヒートアイランドを示す気温上昇が観測されている。なお、ニューヨークやパリは100年あたり約2°C、ベルリンは同約2.5°Cであるのに対して、東京は同約3°Cであり、世界的にも速いペースで上昇している。なお別の研究によれば、サンフランシスコ、ボルティモア、上海は10年あたり0.2°F(約0.11°C)、ワシントンD.C.は同0.4°F(約0.22°C)、東京は同0.6°F(約0.33°C)であるが、ロサンゼルスやサンディエゴでは同0.8°F(約0.44°C)と更にペースが速い。
なお、平均値を示した右表とは異なる年間最大値ではあるが、北アメリカや日本の研究報告では人口数千人から数万人程度の都市・集落でも郊外との気温差は最大時で2 - 7°Cほどあるとされている。
研究初期、Chandler(1967)は規模の異なる2都市での観測から都市の規模よりも建物の密度の方が重要な因子であるとしたが、Oke(1973)は別の観測から都市の人口とヒートアイランドの強度は対数比例の関係にあるとし、Chandlerの説を覆した。後の複数の研究でも、きれいな対数比例にならないとする研究もあるものの、多くは都市の人口規模がヒートアイランドの強度と関係していることを示している。
都市は、郊外に比べて高温・乾燥で独特の風系を有する傾向にある。こうした都市特有の気候を気候学においては都市気候と呼び、これを研究する都市気候学や都市環境学などの学術分野がある。それらの中でも、ヒートアイランドは主要なテーマとされる現象の1つである。
「都市の気温が郊外に比べて上昇している」ことが初めて発見されたのは、1810年代のロンドンとされている。イギリスの科学者・気象研究者であったリューク・ハワード(Luke Howard)は、当時産業革命により著しく発達していたロンドンの気温が、周辺地域よりも高くなってきていることを発見した。これ以降、欧米を中心に世界各地の大都市で気温上昇が観測されるようになり、やがて"Urban Heat Island"と呼ばれるようになった。
日本では、初期の研究として福井・和田(1941)による東京市(当時)郊外と都心の観測報告があり、現在の練馬区にあたる郊外と都心とで5°Cの気温差があったという。その後1950年代から1960年代にかけて、気温分布など都市特有の気候を研究する論文がいくつか発表されている。ただし、ヒートアイランドという言葉が一般に知られるようになったのは、大きく報道された1970年代からである。
ヒートアイランドは現在世界中の都市で観測されており、日本でも最大規模のヒートアイランドが起こっている東京をはじめとして、その深刻化が問題となっている。特に、今後はアジアの都市での深刻化が懸念されている。
ヒートアイランドの領域と重なるように風の収束帯が観測されていて、これが積乱雲を発達させる要因の1つとなり都市に雷雨をもたらすメカニズムがあることが報告されている。大気汚染に伴う大気エアロゾル粒子の滞留や、水平の風が高層建築物にぶつかって生じる上昇気流も、積乱雲を発達させる要因とする研究がある。東京の観測開始以来約120年間の降水量を分析した気象研究所と東京管区気象台の研究によれば、夏の夕方(6-8月の17-23時)の降水量は100年当たり50%の割合の増加に対し、他の季節や時間帯では30%未満の増加にとどまっている。1980-2010年頃の30年間では夏の夕方に限って東京都心は周辺地域よりも30%以上降水量が多いのに対し他の季節や時間帯では大差無いなど、ヒートアイランドが東京都心で集中豪雨を増加させている可能性があるという。