Każde duże miasto nie tylko leży w określonej strefie klimatycznej, ale samo ten klimat w pewnym stopniu współtworzy. Działalność człowieka sprawia bowiem, że miasto jest swego rodzaju wyspą o własnym mikroklimacie. A ponieważ zabudowa, przemysł, transport kołowy i związane z tym zjawiska powodują podniesienie lokalnej temperatury powietrza, miasto jest wyspą ciepła w chłodniejszym otoczeniu.
Jest to zjawisko dosyć częste, wpływające znacząco na klimat miasta. Nasiliło się ono wraz z urbanizacją i uprzemysłowieniem po ostatniej wojnie. Przyrost demograficzny sprawił, że obszar większości dużych miast w Europie uległ powiększeniu. Miejska wyspa ciepła ma charakter zmienny. Można w tym zjawisku wyróżnić cykliczność dobową i roczną. Zależy ono także od charakteru zabudowy. Inaczej mówiąc ? w mieście bywa cieplej niż poza nim w określonych godzinach, dniach i miesiącach.
Także w samym mieście poszczególne jego dzielnice różnią się temperaturą powietrza. W nocnej porze doby, między godz. 20.00 a 6.00, w zwartej zabudowie śródmiejskiej zjawisko występuje w trzech czwartych wszystkich godzin w roku. W typie zabudowy wysokiej częstość jest nieco mniejsza i wynosi około 60 proc. godzin. Prawie dwukrotnie rzadziej miejska wyspa ciepła występuje w niskiej zabudowie willowej.
W ciepłej porze roku miejska wyspa ciepła jest obserwowana częściej niż zimą, przy czym stosunek częstości jej występowania o tej porze roku do częstości pojawiania się w porze chłodnej wzrasta w miarę oddalania się od centrum miasta. W zabudowie staromiejskiej zjawisko występuje prawie tak samo często w obu porach roku, podczas gdy w typie zabudowy wysokiej stosunek ten wynosi 1 do 3, zaś w zabudowie willowej jest prawie dwukrotnie większy. Prowadzi to do wniosku, że dzielnice mocniej zurbanizowane są uprzywilejowane termicznie, czyli jest w nich cieplej, ponieważ zabudowa łatwiej zatrzymuje ciepło. Widać to szczególnie zimą na obszarze starych centrów miast, gdzie miejska wyspa ciepła występuje ponad trzy razy częściej niż na terenach o zabudowie willowej.
W centrum miasta, w sprzyjających warunkach, temperatura w nocy może być nawet o 5 st. C wyższa niż temperatura otoczenia.
Ale miejska wyspa ciepła to nie tylko zjawisko nocne. W ciągu dnia zdarza się także. Występuje rocznie przez ok. 40 proc. godzin między 7.00 a 19.00 w zabudowie śródmiejskiej oraz do 17 proc. godzin w zabudowie willowej. Jednak w dzień różnica temperatury jest znacznie mniejsza niż nocą. Co ciekawe, w ciągu dnia znacznie częściej zdarzają się sytuacje, kiedy obszar miasta w zabudowie willowej jest chłodniejszy niż tereny pozamiejskie.
W ciepłej porze roku szybki wzrost intensywności miejskiej wyspy ciepła występuje od godz. 18.00 do 21.00. Maksimum intensywności wynosi przeciętnie 2 st. C i przypada między godz. 22.00 a 24.00. Wyraźny spadek intensywności następuje od godz. 6.00, osiągając minimum o godz. 9.00, kiedy uprzywilejowanie termiczne miasta jest małe, i w godz. 9.00-15.00 nie przekracza 0,5 st. C.
W sezonie chłodnym miejska wyspa ciepła jest słabiej wykształcona. Jej wyraźny rozwój następuje w godz. od 16.00 do 18.00, osiągając największą intensywność pomiędzy godz. 19.00 a 7.00. W ciągu godzin nocnych centrum miasta jest przeciętnie cieplejsze o nieco ponad 1 st. C, zaś w godzinach południowych nadwyżka ciepła wynosi zaledwie niespełna 0,5 st. C.
W ciągu roku największa intensywność miejskiej wyspy ciepła występuje w czerwcu, osiągając w godzinach nocnych przeciętnie ponad 2,5 st. C, zaś drugie, mniejsze maksimum zarysowuje się w sierpniu. Dwukrotnie słabsza jest natomiast wyspa ciepła w miesiącach zimowych.
O intensywności i dynamice miejskiej wyspy ciepła, obok takich czynników jak charakter podłoża i struktura zabudowy oraz odległość od centrum miasta, decydują warunki pogodowe. Generalnie, w skali całego roku, bez względu na porę doby największa intensywność miejskiej wyspy ciepła występuje w warunkach małego zachmurzenia i małej prędkości wiatru. Wzrost prędkości wiatru powyżej 5 m/s, bez względu na stopień zachmurzenia, powoduje zanik lub znaczną redukcję intensywności zjawiska. Wyspa ciepła o umiarkowanej intensywności istnieje natomiast jeszcze przy całkowitym zachmurzeniu, jeśli prędkość wiatru nie przekracza 1 m/s.
W Polsce, w ostatnich latach, największe dodatnie różnice temperatury między miastem a okolicą wyniosły niespełna 8 st. C. Wielkości takie stwierdzono dla Krakowa, Warszawy i Wrocławia. To niewiele mniej niż wielkości charakterystyczne dla Moskwy czy Chicago. Polskie miasta nie różnią się zresztą pod tym względem od innych miast europejskich o porównywalnej liczbie ludności. O ile jednak dla miast europejskich maksymalne natężenie miejskiej wyspy ciepła wynosi ok. 8 st. C, o tyle dla miast amerykańskich – niemal 11 st. C.
