高空大氣環流，直接影響著生活在陸地上的人們，他們時而感覺到狂風撲麵，時而又是在無風和微風的天氣中度過。
盡管有時候風的作用在減少，但氣流還是在不停地循環流動，這裏的助推劑是：熱量。一般來說：凡是太陽光照射的地方，溫度就會慢慢地上升。氣流在上升的溫度中被烘烤加熱後，形成垂直的流動。熱空氣密度小，輕，它會往上升；冷空氣密度大，重，它往下降，填補熱空氣上升留下的空缺，形成氣流的循環運動，這就是熱力環流。
熱力環流不同於水平流動的風，它是空氣上下垂直的對流運動，冷與熱激發出氣流緩慢的運動，它跟風不一樣，風能夠改造局地環境的氣候，而熱力環流是氣流運動的原始動力。
換句話說凡是高低錯落的或者是冷熱分布不均的地方就存在著熱力環流。城市裏參差不齊的樓群、房屋、道路，都為熱力環流創造了良好的形成條件，白天屋頂受熱最強，熱空氣從屋頂上升，與屋頂同一高度上比較涼的空氣就會流向屋頂，這樣屋頂上空就形成了一個小規模的冷熱空氣的循環；街道兩邊背陰麵與向陽麵也一樣產生這樣的熱力環流，向陽的一麵暖空氣上升，背陰麵冷空氣下沉，它們之間通過穿行的風來貫通熱力循環。
城市聚熱能力，來自於建設城市的鋼筋水泥、土木磚瓦以及縱橫交織的道路網，它們取代了原本能降低城市溫度的樹木和草地，這些密集的建造物，讓城市接受更多太陽的熱量，同時這些吸熱麵又散發和反射出巨大的輻射熱能，城市的氣溫，在太陽能和各種輻射熱能的烘烤下越來越高。據氣象專家長期的觀測：柏油路麵能夠吸收80%以上的熱量，尤其是中午，馬路表麵的溫度比百葉箱氣溫高出17.4℃。
城市的現代生活製造出巨大熱量，工業生產的晝夜運轉，家庭爐灶的明火烹飪，這些固定的熱源每天排放的廢氣熱量就占了全天熱能的66.6%，柏油馬路上的滾滾車輪，這些移動熱源每天也釋放著33.1%的熱量，稠密人口釋放出的生物熱量占1%左右，種種熱源像火爐一樣直接烘烤大氣，與此同時空氣中對某些輻射波段有著強烈的吸收，也使得大氣的溫度上升很快。貼近地麵的空氣被加速烘熱，整個城市宛如一個“熱的島嶼”矗立在周圍鄉村較涼的“海洋”之上。
受熱的空氣膨脹起來，密度變小，輕盈得往上升，在城市上空形成了一個低壓中心，同時產生了指向城市的氣壓梯度力，使得周圍低層較冷的空氣——鄉村風，從四麵八方，源源不斷地湧向城市，填補進來的冷空氣遇熱又會上升，這樣城市和周圍鄉村之間的冷熱空氣就流動起來，形成一個冷熱交換的環流係統，這是氣象學上的“中尺度”運動，專家叫它“熱島效應”或“城市熱島”。
氣象專家們將多次觀測到的城市熱島，繪成一幅城鄉氣溫圖，高峰值與鄉村氣溫的懸差，就是城市熱島的強度。熱島強度是衡量鄉村風湧入城市的指標，差值大湧入城市的鄉村風就大，差值小吹進城市的鄉村風就會很小。
“城市熱島”的變化還是有一定的規律。一天中變化最大的時候在夜間，到了白天和午後反而差異不明顯。這是因為午後城市和鄉村的氣溫差別不大；日落以後，空曠的鄉村讓大氣散熱很快，而城市裏蓄積了白天大量熱能的建築物，散發出大量的輻射熱，烘烤著大氣，形成了夜間城市熱島，尤其在日落以後的3～5小時裏表現得最強。
“城市熱島”的季節變化並沒有一定的模式，對於我國來說，副熱帶和溫帶的氣候條件，城市熱島表現為冬季和秋季最強，夏季和晚春最弱。
處在南副熱帶上的廣州，春、夏風速大，熱島強度弱不說，甚至還會出現涼島。北副熱帶上的上海，秋季雲量最少，秋高氣爽，風速也小，熱島效應表現強。冬季的北京，溫帶的氣候條件本身就非常有利於城市熱島效應的發展，再加上人工取暖的增多，12月和1月的熱島效應表現特別明顯。
城市熱島當然並非一無是處，在冬季對於居民生活的影響是非常有利的，具體表現在凝結露、霜的機會比郊區小，下雪天比郊區少。春秋季節熱島中心上升氣溫的大幅度衰減，有利於形成對流雲和降雨，降低城市的高溫。可是夏季，城市熱島這個低壓中心，加強了高溫酷熱的程度，煩躁的熱氣塞進鼻腔、喉嚨，使人們的呼吸變得不暢和困難，還會造成體質虛弱人群的休克甚至是死亡。如何降低酷暑季節城市的熱島強度是城市規劃中的重要舉措之一。
對於城市來說，高樓、房屋、道路這些不透水麵積的不斷擴大，不利於城市降溫，隻有科學地增加綠化帶和水麵，增加透水麵積，才能實現城市的防暑降溫。北京市對居住密集區域進行了局地改造，拆除一部分危舊房屋，規劃建設出大麵積的綠化帶和水麵，改善城市熱島的強度。新建的皇城根遺址公園坐落在紫禁城的東邊，全長3.4千米，占地麵積7.5萬平方米，其中90%的土地被綠地覆蓋，10個造型各異的噴泉點綴其間，整個公園如同一個巨大的氧吧，清洗著紫禁城周圍的空氣，有效地降低了天安門周邊的溫度，使這一帶的居民和遊客感受到這未有過的清爽和舒適。