城市是人口集中、工商业发达、文明程度高、交通和通讯设备齐全的地区。城市化过程一方面促进了城市及其辐射区域的经济社会的发展,另一方面由于城市化过程的集聚效应,人口密度增加,工业和城市基础设施建设加快,直接导致大量的农业用地转化为非农业用地,城乡用地矛盾日益突出,引起一系列生态环境问题。因此,研究城市拓展和土地利用/覆盖变化过程,对解决城乡用地矛盾,制定合理的土地利用规划,实现城市可持续发展具有重要意义。城市是一个典型的空间复杂系统,它的发展具有高度复杂性,仅仅依靠定性、定量的指标无法对其进行有效的描述,因此需要一种能够模拟复杂系统的方法。城市土地利用/覆被演化模型可以对城市化过程进行有效的描述、模拟、分析和预测,为城市土地规划提供了有力的工具。本文首先简单阐述了城市土地利用/覆被演化模型——元胞自动机模型的原理、构成、特征,以及元胞自动机在城市空间演化过程中的应用。元胞自动机是时间和空间都离散的一类模型,具有强大的建模能力,能够通过局部规则模拟出全局的、复杂的城市发展模式。元胞自动机模型的空间表达能力和动态特征,适合于模拟城市化过程以及土地利用变化过程,在城市拓展模拟和土地利用/覆盖变化模拟中得到广泛应用。基于上述考虑,本文采用基于元胞自动机的SLEUTH模型,通过设置不同的城市发展幕景,对上海城市拓展和土地利用演化进行模拟。模拟过程中,通过上海市的历史遥感影像图进行参数校核,获取模型对于上海城市土地利用演化模拟的最佳模型参数系列,实现SLEUTH模型的本地化,进而对上海市城市拓展和土地利用/覆盖演化作历史模拟和预测模拟。历史模拟阶段模拟了上海市1991-2004年间的城市土地利用演化历史过程,并将模拟结果与遥感影像进行对比分析,验证SLEUTH模型的准确性。在此基础上,分别对三种幕景设置下的土地利用演化过程进行了预测模拟。并通过构建SLEUTH模型与SD模型之间的联系,将SLEUTH模型的模拟结果作为SD模型的驱动因子,建立耕地与第一产业产值、建设用地与第三产业产值之间的关系,进而利用SD模型研究土地利用变化对上海市人口、经济、环境等的影响。基于上述工作,本文得出以下结论:1.通过模型参数校核,SLEUTH模型能较好地模拟上海的城市拓展和土地利用/覆盖演化过程。2.通过构建SD模型与SLEUTH模型之间的联系,研究SLEUTH模型的历史模拟结果对人口、城市绿地、经济和环境等指标的影响,并将SD模型的模拟结果与统计值进行对比分析。分析结果表明,将SLEUTH模型的模拟结果作为SD模型的驱动是有效的。3.对不同的幕景模拟结果表明,基于城市生态保护的限制城市拓展的A幕景更能提高土地利用效率;基于交通网络发展的B幕景,会加快城市建设用地的扩展,从而导致污染物排放的增加。4.SLEUTH模型与SD模型的结合研究还处于初级阶段。SLEEUTH模型的模拟过程未考虑宏观社会经济因素的作用,而SD模型的建立主要是引入SLEUTH模型的模拟结果并作为驱动因子进行的。进一步的研究可尝试在SLEUTH模型中设置全局变量和局部变量,将SD模型的模拟结果引入SLEUTH模型,进一步实现与元胞自动机模型的紧密耦合,更为准确地描述城市拓展、城市土地利用变化与社会经济发展的相互作用与影响。