城市下垫面是一个人造的下垫面，其特点是人为的建筑面积占绝对优势，居民的生产、生活活动排放出大量废气和热量，在这些因素影响下，城市出现了与郊区显然不同的局地气候，称为城市气候。
城市人为热源包括燃烧燃料释放的热量、人体散发的热量、交通运输排放、居民炉灶等，在一些高纬度城市，如莫斯科等，平均人为热的排放大于太阳净辐射；中纬度城市如蒙特利尔、曼哈顿等，因人均耗能量大，人为热排放亦大于净辐射，特别是蒙特利尔，冬季因空调取暖耗能特别大，其人为热竟相当于太阳净辐射的11倍以上。低纬度城市，其人为热排放与太阳净辐射相比就微乎其微了。除人为热排放外，造成城市热岛的原因还有以下几点：城市不透水的人为建筑覆盖率大、植物少，消耗于蒸发的热量减少；市区风速减弱，减弱了热量的水平输送；城市上空污染物质多，产生了保温作用，增加了大气逆辐射；城市下垫面的热容量常大于郊区，夜间冷却降温比郊区缓慢。
除城市热岛现象外，城市气候中还有“干岛”，“雨岛”等现象。城市空气的水汽压比郊区水汽压平均低0.3～0.7hPa，相对湿度低4%～6%。由于城市上空存在大量凝结核，加上热岛效应以及城市粗糙表面的阻碍作用，气流作上升运动。因此，城市上空的云量和降水均比郊区多。