城市化对生态环境的影响已成为人地关系地域系统研究的热点问题之一。城市化,特别是土地城市化已经成为近几十年来城市的主要增长形式,城市快速、甚至是无序的扩张引起城市空间结构和城市热特性的改变,使得城市人口高度暴露在区域气候变异,包括热岛效应持续增强的影响中,给公众健康带来了严重威胁。城市空间格局变化是城市化作用于地理空间的直接结果,是城市系统与环境变化之间最直接、最强烈的反映。城市地表温度与空间位置有着内在的联系,与地表景观或土地利用/覆盖密切相关,城市化过程中城市地表景观类型、景观组成与景观配置等都会对地表热环境产生显著影响。近年来,长春市进入快速城市化阶段,城市空间扩展明显,城市热环境问题日益突出。在快速城市化背景下,研究城市空间格局变化的热环境效应,对促进城市合理有序扩张,实现城市空间结构优化,缓解城市热岛效应具有重要意义。本研究基于Landsat TM/OLI影像数据提取长春市土地覆被信息,采用1 km×1 km移动窗口提取单位格网建设用地比例定义城市圈层结构,通过GIS空间分析和景观指数分析实现长春市城市空间扩展、城市空间景观格局的系统分析;基于MODIS/Terra 1 km 8天合成L3产品计算长春市2000、2008和2016年7、8月夏季地表温度均值,对长春市昼/夜地表热环境时空特征、热岛强度及梯度变化特征进行描述。引入空间统计分析方法,包括城乡梯度分析法、空间自回归模型和地理加权回归模型,探究建设用地规模以及城市景观混合和协调程度对地表热环境的不同影响,以及城市化过程中城市热环境对城市化不同动态扩展的响应。研究结果如下:(1)长春市2008年较2000年白天地表均温有明显下降,区域内整体温度相对较低,2016年与2000年白天平均地表温度相差不大,但温度离散程度更高,热环境空间异质性更加显著;夜间平均地表温度由2000年的17.43℃上升至2008年的18.76℃,2016年增至19.17℃。城市昼/夜地表热岛强度年际下降,但昼/夜11～IV级热岛区域面积持续扩大,热岛强度不断升级,其中夜间热岛强度以IV级扩张最为显著。(2)长春市经历了快速土地城市化过程,城市空间扩展明显,整体上城市化使新增城镇空间的昼/夜地表增温,夜间地表温度受城市空间扩展变化规律更加明显,但增温幅度较小,且在城市化过程中是减弱的。长春市2000～2008年和2008～2016年城市建设用地年均增长率分别为6.72%和8.08%,城市边缘地区扩展强度最高,分别以西南、东北方向扩张最为显著,地理加权回归模型结果表明:城市扩展强度对白天热岛强度主要表现出正向影响,且有明显的空间依赖性,强影响区域与城市高扩展区域较一致。(3)长春市白天地表温度随着建设用地规模的增大表现出一定的阶段性变化特征:建设用地规模每增加5%,城市白天地表温度平均增加约0.4℃;当建设用地所占比例在40%和70%处时,白天地表温度存在明显跃升,而夜间地表温度对建设用地增加的响应不敏感,此外建设用地规模的增大会显著影响白天热岛强度的升级,但对夜间城市热岛强度变化影响较小。(4)温度的空间梯度变化研究表明:从城市中心到远郊,白天地表温度梯度变化和建设用地、植被梯度变化一致,但白天地表热梯度变化由对数递减转为线性递减趋势,城市扩张使得白天城郊过渡地带的温度差降低;城市夜间地表温度梯度受建设用地、植被梯度分布特征影响较小,自城市中心至远郊,温度梯度始终呈对数递减。(5)长春市昼/夜地表温度与城市空间格局解释变量空间自回归分析表明:遥感光谱指数和景观组成/配置指数对城市昼/夜地表温度在不同程度上产生影响。建设用地百分比指数对白天地表增温解释力最大,植被覆盖度、水体百分比指数、水体最大斑块指数和耕地形状指数与白天地表温度呈负相关。改进的归一化差异水体指数、建设用地百分比指数、植被百分比指数和建设用地最大斑块指数均与夜间地表温度呈显著正相关,城市夜间地表温度较大程度上受多景观要素的综合影响,建设用地不是影响夜间地表温度的唯一高值因子。此外,城市地表温度具有空间自相关性,SEM模型对昼/夜地表温度中和解释变量关系的拟合效果更好。