最近20年中国经历了快速的城市化扩张进程,城市化对城市环境特别是热环境产生重要的影响。不同气候区城市热岛形成的影响因子不同,了解城市地表温度（ULST）空间分布特征、辨识城市热岛效应影响因素对城市可持续发展具有重要意义。本文以中国12个人口数量超过500万的城市为例,分析了12个城市的扩张过程和ULST的空间变化特征,并研究了12个城市的平均地表温度时间变化和梯度变化情况。利用多元线性回归分析,探讨了蒸散量、地表水利用、地表反照率、植被、能源消耗、国内生产总值、纬度、降水量、地形以及距市区的距离等因子对夏季和冬季ULST的影响。主要研究内容和成果如下:（1）利用Landsat系列地球观测卫星的遥感数据提取了12个城市2000-2017年三期建成区范围,得到了城市扩张速度和城市扩张强度。结果表明:2000-2017年12个城市一直处于不断扩张趋势,但各城市的扩张规模和扩张速度差异明显。12个城市在扩张规模上呈现长沙＞郑州＞南昌＞济南＞武汉＞北京＞南京＞西安＞杭州＞上海＞石家庄＞天津。城市扩张速度方面,城市规模越大其城市扩张速度越快,上海的扩张速度最快,其他依次为北京、武汉、南京、郑州、西安、长沙、济南、天津、杭州、南昌和石家庄。（2）使用城市形状、紧凑度及分形维数,分析12个城市在研究时段内形态特征的变化情况。结果表明:在城市形状方面,2000-2017年间郑州、西安、南京和长沙为圆形扩张城市,北京、上海、武汉和南昌为扇形扩张城市,而天津、石家庄、济南和杭州为长条形扩张城市。在城市分形维数方面,12个城市中北京和西安的分形维数呈下降趋势,郑州、上海、武汉、南昌、杭州和长沙分形维数整体变化幅度不大,其他城市分形维数呈上升趋势。在城市紧凑度方面,2000-2017年12个城市紧凑度的范围为0.28-0.63。（3）通过辐射传输方程法反演ULST,得到ULST的空间分布特征,并探讨城市平均地表温度的时间变化和梯度变化特征。研究表明:12个城市的ULST随时间变化,夏季2000年城市高温区和次高温区分布多集中在城市核心区。2015年城市规模变大,高温区和次高温区空间分布较分散。2000-2017年冬季ULST分布与夏季相比高温区面积明显减少,部分城市建成区出现冷岛效应。城市扩张对ULST的空间分布影响显著,城市的扩张规模和扩张速度越大,ULST变化速度也越快。同时,ULST空间分布与城市边界形状有关,城市高温区分布最为集中的是圆形边界的城市。从12个城市平均地表温度的时间变化和梯度变化特征来看,在夏季,城市的平均温度随时间变化呈增加趋势,随梯度变化呈下降趋势。在冬季,亚热带季风气候区城市的平均温度明显高于温带季风气候区城市,整体上12个城市平均地表温度的时间变化和梯度变化幅度小于夏季。（4）基于归一化ULST,通过相关分析,对10项影响因子与ULST的相关性进行分析。结果表明:ULST与BSI和NDBI呈正相关,与MNDWI和NDVI呈负相关。温带季风气候区的ULST与纬度的相关性高于亚热带季风气候区。夏季12个城市的ULST与NDLI都呈正相关,而冬季呈正相关的城市有北京、长沙、杭州、南昌、上海和武汉。距离和DEM对部分城市的ULST影响较大,如北京、长沙和西安等城市。降水和GDP与12个城市的ULST的相关性均不高。（5）建立ULST与影响因子的多元线性回归方程,研究不同影响因素对ULST的综合影响。结果表明:在夏季,12个城市的ULST与BSI、MNDWI、NLDI、NDBI和NDVI显著相关,而在冬季,MNDWI、BSI、NLDI、DEM和距离在各城市回归方程中的系数较高。地表水利用、蒸散、电能消耗、地表反照率、植被活动、地形和距离是12个城市的ULST变化的主要影响因素。而GDP、纬度和降水对ULST的变化不产生主要影响。随着城市扩张,ULST的主控因子如MNDWI、BSI和NDLI等系数大小会发生变化,但其系数符号一般不变,这表明主控因子对ULST的影响较稳定。