Las islas de calor urbanas intensifican el estrés térmico y degradan la calidad del aire en áreas densamente construidas, sin embargo, los procesos físicos que rigen la variabilidad térmica cerca de la superficie siguen siendo poco cuantificados. Este estudio aplica el sistema de modelos acoplados MOLOCH y PALM 6.0 (PALM-4U) sobre Bolonia (Italia) durante una ola de calor en verano de 2023 para resolver la dinámica atmosférica a escala de metro dentro de la Capa de Dosel Urbano y la Capa de Rugosidad a una resolución horizontal de 2 m. La configuración acoplada fue validada contra observaciones meteorológicas in situ y datos de LST de Landsat-8, mostrando una mejor concordancia en la temperatura del aire y la velocidad del viento en comparación con simulaciones de mesoescala independientes. Los resultados revelan una pronunciada variabilidad diurna y vertical de la velocidad del viento, la energía cinética turbulenta y la velocidad de fricción, con máximos entre dos y tres veces la altura media de los edificios. Emergen contrastes distintos dependientes de la superficie: el asfalto y los techos actúan como fuertes fuentes de calor diurno (relación de Bowen ~ 4.8) y reservorios de calor nocturnos a nivel peatonal (~ 0.07), mientras que la vegetación sostiene flujos de calor latente diurnos (~ 0.6÷0.8) y aire más fresco en la superficie y cerca de la superficie (anomalía de temperatura de la superficie ~ -9 grados C y aire ~ -0.3 grados C). Las anomalías térmicas disminuyen con la altura, desapareciendo por encima de ~ 2.5 debido a la mezcla turbulenta. Estos hallazgos proporcionan información sobre los intercambios de energía a escala fina que impulsan la heterogeneidad térmica intraurbana y apoyan un diseño urbano resiliente al clima.