近几十年来,随着经济社会的飞速发展,越来越多人口集中在城市居住、城市规模不断扩大,城市地区的能源消耗也稳步增加,由此带来一系列的气象环境效应（如:城市热岛效应）及其相互作用过程,日益受到关注。本文以北京为研究区域,主要利用考虑室内外能量交换过程的多层城市冠层方案（BEP-BEM,Building Environment Parameterization-Building Energy Model）,并结合210个自动气象站和城、郊两个气象铁塔的观测资料,以及各区实际电力数据等,全面、系统地分析了北京地区建筑物制冷和采暖能耗（以下简称建筑物能耗）与局地气象环境之间的相互作用过程。主要结论如下:（1）平均而言,北京热岛强度在夏季约2.02K,冬季约3.41K。为了定量评估城市热岛效应对北京建筑物制冷/采暖能耗的影响,利用BEP-BEM离线模式对城、郊代表性办公和住宅建筑进行连续一年的能耗模拟,驱动资料来自大气所和密云两个气象铁塔的观测数据。与自动站观测相比,BEP-BEM模式能够合理地模拟出近地面气温和比湿等基本气象条件;同时,夏季制冷和冬季采暖能耗的模拟值,与Energy Plus结果在数值和变化趋势上均存在较好的一致性。就办公建筑而言,城区的夏季空调制冷能耗较郊区约增加36.53 W m-2（30%）,而冬季采暖能耗约减少95.29 W m-2（23%）;类似结论对住宅建筑也成立,但城、郊差异更小,分别是夏季制冷能耗约增加9.14 W m-2（17%）、及冬季采暖能耗约减少92.71 W m-2（20%）。全年来说,热岛效应使北京城区办公建筑的制冷和采暖总能耗减少了19.93 W m-2（8%）,住宅建筑则减少了35.93 W m-2（16%）。在冬季,相比于清洁天,污染天的城市热岛效应更强,城区采暖能耗更小,这可能与低层大气层结更趋稳定、近地面风速更小有关,揭示了大气污染-城市热岛-采暖能耗之间的可能影响链。（2）就夏季而言,各区空调制冷用电负荷的观测分析显示,平均日变化曲线呈“双峰”结构,峰值分别出现在15:00 LT（Local Time）和21:00 LT,且沿城区向外,晚间峰值愈加明显、甚至与下午峰值相当,尤其是在周末。在主城区,工作日的空调用电负荷普遍高于非工作日,此“工作日能耗岛”与办公建筑内的人类活动在周末明显减少、制冷需求骤降有关。峰值时刻的空调用电负荷与近地面温、湿条件之间存在显著的线性相关;相比于气温或比湿单个气象因子,热指数对应的相关系数更高、达0.8～0.9左右。进一步,本文还从区县尺度上量化了峰值时刻空调用电负荷对局地气象要素的敏感程度,结果显示,随着与城区距离的不断增加,对气温（或比湿）的敏感程度明显减小、且在晚间峰值时刻更为敏感。以热指数为衡量因子时,各区两个峰值时刻的敏感度大小相当,表明其在北京夏季的空调制冷峰值用电负荷预测中,可能是比气温或比湿单一气象要素更为有效的预报因子。（3）选取2010年北京夏季的一次极端高温热浪事件,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对其间的空调用电负荷及局地气象环境效应进行在线模拟评估。与Noah耦合BEP-BEM方案相比,文中采用的Noah-MP（Noah land surface model with multiparameterization options）方案对近地面气象要素的模拟效果更好,使城区站的近地面气温均方根误差从2.8°C减小至1.9°C,模式干偏差也在一定程度上得到缓解。通过引入随城市用地类型变化的制冷参数比例,能够明显改进模式对郊区空调用电负荷的再现能力;此外,在模拟中考虑更为真实的空调系统工作时间表,有利于再现出“双峰”型日变化曲线。若空调系统24小时工作、且废热全部以感热形式排入室外大气中,可使北京主城区的夜间近地面气温升高1.5～2.4°C,增暖信号被限制在地面向上400m左右的浅薄大气层内,白天垂直混合增强、边界层相对深厚（～1.6km）,增暖效应偏弱（～1℃左右）。另外,城市边界层热力结构的准确模拟,还需考虑空调人为潜热排放所占比例。（4）基于以上极端高温热浪个例,利用WRF/Noah-MP/BEP-BEM模式,讨论理想的均一性增暖情景下,此热浪个例发生发展、及其间空调用电负荷峰值变化。在均匀的扰动增温情景下,此高温热浪事件呈显著增强趋势,近地面气温按增暖信号强度呈比例增加,热指数增加更为明显。平均而言,在+2℃增暖情景下,近地面气温约增加1.9℃～2.2℃,白天、夜间无明显差别,在+4℃增暖情景下约增加4.4℃左右、略高于预设的增暖信号强度。均一性增暖造成的湿度增加不可忽视,相比于控制试验,+4℃增暖情景下城区站白天的平均热指数约增加5.9℃、比预设的增暖信号强度高2℃左右。在未来高温高湿的气候条件下,空调制冷用电负荷峰值也明显增加,尤其集中在北京六环以内主城区。