Abstract A large number of urban surface energy balance models now exist with different assumptions about the important features of the surface and exchange processes that need to be incorporated. To date, no comparison of these models has been conducted; in contrast, models for natural surfaces have been compared extensively as part of the Project for Intercomparison of Land-surface Parameterization Schemes. Here, the methods and first results from an extensive international comparison of 33 models are presented. The aim of the comparison overall is to understand the complexity required to model energy and water exchanges in urban areas. The degree of complexity included in the models is outlined and impacts on model performance are discussed. During the comparison there have been significant developments in the models with resulting improvements in performance (root-mean-square error falling by up to two-thirds). Evaluation is based on a dataset containing net all-wave radiation, sensible heat, and latent heat flux observations for an industrial area in Vancouver, British Columbia, Canada. The aim of the comparison is twofold: to identify those modeling approaches that minimize the errors in the simulated fluxes of the urban energy balance and to determine the degree of model complexity required for accurate simulations. There is evidence that some classes of models perform better for individual fluxes but no model performs best or worst for all fluxes. In general, the simpler models perform as well as the more complex models based on all statistical measures. Generally the schemes have best overall capability to model net all-wave radiation and least capability to model latent heat flux.

Abstract Urban land surface schemes have been developed to model the distinct features of the urban surface and the associated energy exchange processes. These models have been developed for a range of purposes and make different assumptions related to the inclusion and representation of the relevant processes. Here, the first results of Phase 2 from an international comparison project to evaluate 32 urban land surface schemes are presented. This is the first large‐scale systematic evaluation of these models. In four stages, participants were given increasingly detailed information about an urban site for which urban fluxes were directly observed. At each stage, each group returned their models' calculated surface energy balance fluxes. Wide variations are evident in the performance of the models for individual fluxes. No individual model performs best for all fluxes. Providing additional information about the surface generally results in better performance. However, there is clear evidence that poor choice of parameter values can cause a large drop in performance for models that otherwise perform well. As many models do not perform well across all fluxes, there is need for caution in their application, and users should be aware of the implications for applications and decision making. Copyright © 2010 Royal Meteorological Society

In the last two decades substantial advances have been made in the understanding of the scientific basis of urban climates. These are reviewed here with attention to sustainability of cities, applications that use climate information, and scientific understanding in relation to measurements and modelling. Consideration is given from street (micro) scale to neighbourhood (local) to city and region (meso) scale. Those areas where improvements are needed in the next decade to ensure more sustainable cities are identified. High-priority recommendations are made in the following six strategic areas: observations, data, understanding, modelling, tools and education. These include the need for more operational urban measurement stations and networks; for an international data archive to aid translation of research findings into design tools, along with guidelines for different climate zones and land uses; to develop methods to analyse atmospheric data measured above complex urban surfaces; to improve short-range, high-resolution numerical prediction of weather, air quality and chemical dispersion through improved modelling of the biogeophysical features of the urban land surface; to improve education about urban meteorology; and to encourage communication across scientific disciplines at a range of spatial and temporal scales.

Cities are particularly vulnerable to extreme weather episodes, which are expected to increase with climate change. Cities also influence their own local climate, for example, through the relative warming known as the urban heat island (UHI) effect. This review discusses urban climate features (even in complex terrain) and processes. We then present state-of-the-art methodologies on the generalization of a common urban neighborhood classification for UHI studies, as well as recent developments in observation systems and crowdsourcing approaches. We discuss new modeling paradigms pertinent to climate impact studies, with a focus on building energetics and urban vegetation. In combination with regional climate modeling, new methods benefit the variety of climate scenarios and models to provide pertinent information at urban scale. Finally, this article presents how recent research in urban climatology contributes to the global agenda on cities and climate change.