城市化的过程中,随着城市的不断扩张发展,城市的不透水面面积也随之增加,一定程度上会对城市局部区域气候以及热环境变化产生较大影响。分析和研究城市不透水面的扩张特征及其对城市热环境的影响,不仅可以实现对城市空间扩展的动态监测和驱动力机制解析,还可以分析了解城市地表温度变化规律,为城市发展规划提供数据和理论支撑。本文选取北京市作为研究区域,基于时空影像融合模型(Spatio-temporal Image Fusion Model,STI-FM)、线性与非线性回归分析和随机森林分类等方法,利用中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)、陆地卫星8号(Landsat-8)多源遥感数据集、北京市气象站点数据和北京市空气质量数据,从定性与定量化的角度研究北京市不透水面扩张和城市热环境的时空变化特征,并分析两者之间的关系以及影响地表温度(Land Surface Temperature,LST)变化的多类型驱动力。研究主要成果如下:(1)从不透水面扩张面积和扩张速度上来看,2014年-2019年北京市不透水面面积增加719.35km2,2014年-2017年间北京市的扩张速度明显高于2017年-2019年,从2014年-2017年的13.56%减慢到2017年-2019年的7.57%;从不透水面扩张速度类型上看,2014年-2017年和2017年-2019北京市不透水面都处于高速扩张的类型,2014年-2017年每年扩张110.03km2,2017年-2019每年扩张93.07km2,北京市的建设面积呈现出不断增加的趋势,但是近两年来城市扩张放缓。(2)基于STI-FM时空融合模型得到北京市2014-2019年间季度LST序列影像图,并从北京市LST的年际变化规律中发现2014年-2019年各市辖区LST年序列起伏变化差异较大,其中2014年、2017年和2019年均LST气温较高,分别为21.47℃、20.78℃和20.08℃,2015年、2016年和2018年年均LST较低分别为15.74℃、15.43℃和17.92℃,整体表现出先减后增的波动式变化趋向。(3)2014年和2019年中心城区朝阳区不透水面扩张和植被减少之间呈现出较强的正相关关系,拟合结果显示决定系数(Coefficient Of Determination,R~2)为0.8896,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为30。而近郊大兴区的样本数据拟合结果显示相关性较弱,R~2为0.3677,RMSE为119.7;不透水面和NDBI空间分布有较强的正相关关系,2014年R2为07963,RMSE为97.35,2019年R2为0.6855,RMSE为142.1。(4)研究归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、归一化建筑指数(Normalized Difference Build-up Index,NDBI)和归一化水指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)3个地表参数对LST的影响发现:夏季NDVI和地表温度呈负相关,冬季NDVI和地表温度呈正相关,且夏季相关性比冬季高;夏冬季节NDBI-LST呈正相关关系且夏季相关性比冬季高,夏季NDBI值主要是集中在-0.1和-0.3区间内,冬季NDBI值主要是集中在-0.05和-0.1区间内;2014年和2019年NDWI和LST的散点图分布与季节有很大的关系,2014年和2019年夏季NDWI与LST呈正相关,冬季NDWI与LST呈负相关。