西宁市是青海省第一大城市,也是整个青藏高原上的最大城市,自古以来就是“唐蕃古道”以及“丝绸之路”的必经之地、西北交通要道和军事重地。作为青海省会城市以及青藏高原重要的门户,2015年国务院批复确定其为中国西北地区重要的中心城市。40年前,西宁市经济基础和城乡建设相对落后,自改革开放特别是国家“西部大开发”战略的实施、“一带一路”建设的不断深入,西宁市城市化建设步伐加快、城市化水平不断提高,尤其是以城市扩展最为显著。西宁市作为典型的山地河谷型城市,城市空间扩展格局严格受到地貌格局限制。在过去30多年的城市扩展进程中,城市建设用地的增加主要是以占用河谷平原区域大量耕地、林地及草地等农业生态用地为主,致使城市生态环境负面效应增加,造成城市热岛、水质恶化以及大气污染等环境问题。为探索城市化进程中城市土地覆被时空变化特征、城市扩展驱动力以及预测未来情景下城市建设用地的扩展趋势,优化未来城市用地空间和城市用地可持续发展,本研究以西宁市区河谷盆地及周边地区为研究区,在GEE云平台的支持下,基于Landsat卫星长时间序列影像数据（1987～2019年）,利用随机森林算法、特征参数优化以及时空一致性检验方法,获得了研究区33年逐年的土地覆被数据集;在此基础上,基于土地利用动态度、转移矩阵以及转移热点方法,探索和分析了西宁市及周边地区33年间土地覆被时空变化特征和转移规律;引入地理探测器（Geodetector）,分别对2000～2010年、2010～2019年城市建设用地和耕地变化的驱动因子进行了因子探测、交互探测和风险探测;基于地理模拟与优化系统（Geo SOS）,分别模拟了研究区2009年和2019年的土地覆被空间格局,在坡度限制的自然发展情景下,预测了2025年西宁市的土地覆被空间分布格局。主要研究结论如下:（1）以GEE云平台为支撑,基于像素拼接技术,获得了研究区1987～2019年期间长时间序列、逐年7～9月和11月～次年3月并按中位数方法进行逐像元融合后影像数据;运用随机森林分类方法,结合光谱特征、光谱指数、纹理特征、夜间灯光数据以及气候因子等数据,逐步通过样本分布优化、纹理特征优化、气候特征优化和最优特征方案确定,得到研究区33年土地覆被分类数据并进行精度评价,最终总体分类精度达到79.80%～92.46%,Kappa系数达到0.73～0.89。（2）基于前人研究基础之上,以研究区土地覆被数据中的建设用地为例,实现了适合于河谷城市地形区城市建设用地的时空一致性检验算法,分别对33年逐年的建设用地类型进行了时间滤波与逻辑推理,得到最终分类结果并对其进行精度评价,土地覆被分类数据总体分类精度达到83.33%～94.03%,Kappa系数达到0.75～0.90,其中,建设用地精度提高到83.35%～97.95%。（3）土地覆被时空变化分析表明:从1987年到2019年,土地覆被变化特征表现为主要以耕地、草地面积减少、建设用地和林地面积增加为主,水体和未利用土地变化较小;耕地、草地面积分别从1987年的686.74 km~2、731.84 km~2减少到2019年的369.08 km~2、626.5 km~2,相应面积净减少了317.80 km~2、105.41km~2,年均变化率分别为1.44%和0.45%;建设用地和林地面积分别从1987年的54.67 km~2、138.75 km~2增加到2019年的293.91 km~2和334.15 km~2,相应面积净增加了279.76 km~2和155.17 km~2,年均变化率分别为15.99%和3.49%。转移热点分析表明:1987～2019年,研究区其它用地类型主要以耕地为主,转向城市建设用地的热点区域从1987年的城中区、城东区,转向2019年的城西区、城北区、城南新区、多巴镇以及甘河工业园区。城市空间扩展时空格局表现为:以湟水和南北川河所组成的“X”型水系为骨架的建成区逐步沿河谷两岸向外蔓延扩展、沿西南方向的湟水支流甘河沟、康城川两个河谷区域城市用地扩展、沿沙塘川河向互助北的扩展,以及散布于河谷之间的山地区域农村居民点用地的增加。（4）基于地理探测器,分别对研究区2000～2010年与2010～2019年期间,对影响建设用地与耕地变化的驱动力进行了探测。研究表明:因子探测中,在2000～2010年期间,距主要铁路距离对建设用地和耕地的变化影响力最大,其次为距主要河流距离、距主要道路距离等;2010～2019年期间,建设用地和耕地变化的驱动力有所不同,距主要铁路距离仍是建设用地和耕地变化的第一驱动力,固定资产投资总额变化量和单位人口变化量是建设用地的次要驱动力,但固定资产投资总额变化量和坡度则为耕地变化的次要驱动力;交互因子探测结果表明:建设用地和耕地的变化不仅仅是单因子发挥作用,而是经济因子与自然因子共同起作用,与单因子相比,双因子对耕地减少与建设用地扩展的作用力更强。（5）基于Geo SOS,分别利用ANN-CA、DT-CA、Logistic-CA三种模型对研究区1999～2009年土地覆被变化进行模拟,三者总体精度均达到70%,其中,ANN-CA模型精度最高为71.49%。利用ANN-CA模型模拟了2009～2019年土地覆被变化,建立城市建设用地的转换规则。考虑坡度＜15°的限制因子的发展情景下,预测2019～2025年的城市建设用地的扩展。结果表明:到2025年,建设用地面积将从2019年的334.6 km~2扩展到405.5 km~2,净增加70.9 km~2,其年均变化率为3.53%,耕地年均变化率为-2.55%。根据2025年预测的土地覆被空间分布图表明,研究区中的河谷平原区基本已经全部变成建设用地,扩展达到饱和状态。2025年后城市的进一步发展方向可能会沿湟水两岸向东往平安方向、沿沙塘川河谷向互助方向发展。