以地处半干旱区的呼包鄂城市群为例,基于精确的建成区边界,采用决策树阈值分类模型与指数耦合模式,植被—不透水—土壤选取模型结合最小二乘像元混合分解模型等方法,构建半干旱区城市化过程中地表覆盖等级结构体系研究,从城市化—城市结构—城市组分揭示不同尺度21世纪以来的城市化过程。结果表明:①呼包鄂城市群2000～2015年的城市化过程较快,2005～2010年时段最为明显;总体空间格局呈现呼和浩特市外延式扩张,包头市填充式内展,鄂尔多斯市飞地式扩张为主;②不透水空间持续增加,在城区的占比由2000年的62.46%提升到2015年的75.40%;绿地空间呈现出波动变化的增加趋势,反映出半干旱区的城市化过程注重城市化与绿地协同建设;城市发展将裸土空间纳入,但城市化过程明显降低了裸土空间范围,有效提升了生态系统服务功能和人类福祉;③不透水组分密度变更顺序为低、中、高,增加明显的时段为2005～2010年;绿地组分呈现先降低后增加的变化特征,总体微幅增加,说明城区绿地得到提升;裸土组分密度呈现高、中、低的变化趋势,表明城市化扩张纳入了大量的裸土,随后裸土进一步转化为不透水面和植被,使城区内生态环境得到明显提升。总体而言,半干旱区的城市化过程可以有效降低周边裸土的面积,使其转化为可被利用的建筑和植被,有效改善区域水热环境和生态系统服务功能。