为响应绿色低碳发展的迫切需求，本研究聚焦重庆市 12 个国家历史文化名镇，探讨空间形态与微气候之间的互动作用及其在规划设计中的应用。利用 Grasshopper 参数化平台，构建了“形态细化 - 数值模拟 - 遗传算法”的多目标优化框架，并通过机器学习的随机森林算法进一步增强。该方法分析了街道形态因素对小气候的显著性和非线性关系，阐明了空间形态的影响机制。在选定的城镇进行了实地研究和气候适应性评估。提取了适应区域气候的空间模式，并探讨了它们在规划和设计实践中的应用。结果表明：（1）对于风环境，街道朝向是影响最大的因素，其次是长宽比和长宽比。当主要街道方向与主导风向之间的夹角为 5°，纵横比为 1：2，长宽比为 12.5：1 时，可实现最佳街道风速。（2） 对于热环境，纵横比是主要影响因素，其次是方向和长宽比。在夏季，当主要街道朝向东南 6°，纵横比为 3：1，长宽比为 33.33：1 时，冷却效果最佳。在冬季，当主要街道面向西南 13°，纵横比为 1：2，长宽比为 8.33：1 时，保暖效果最好。（3） 传统聚落表现出气候矛盾和形态协调的内在规律。通过这项研究，旨在为巴渝地区及类似地区提供气候适应设计理论和方法，实现历史文化保护与绿色低碳发展的有机结合。