不透水面是衡量城市化发展的有效指标,在城市规划和生态保护中发挥着重要作用。因此,研究不透水面的时空演变特征对于城市发展及其热环境分析具有重要意义。徐州作为淮海经济区中心城市,在经历了快速城市化进程后不断加强生态城市建设,其城市化历程受到越来越多的关注。本文基于1995年、2003年、2010年和2018年Landsat遥感影像,以徐州市区为研究对象,研究了不透水面的时空动态变化及其与城市地表温度的关系。通过线性光谱混合分析(LSMA)方法及判别分类处理,提取像元级别和亚像元级别的多时相不透水面信息。在像元级别,通过差值计算分析不透水面的总体扩张变化,采用中位数中心和标准差椭圆分析不透水面的扩张方向,计算引力模型、洛伦兹曲线及基尼系数来反映不透水面的空间集聚差异,将扩张速度指数与空间自相关模型相结合探讨不透水面的扩张速率。在亚像元级别,通过变化轨迹和剖面线分析不透水面丰度在总体和局地的增长情况,测算转移矩阵及单一/综合动态度揭示不透水面的等级转移特征,融入景观指数描述不透水面的景观格局变化。此外,基于反演的多时相地表温度,通过景观指数和差值统计表征城市热环境的时空变化,并在多格网空间尺度下分析不透水面与地表温度之间的相关性,借助偏离度、贡献率量化不透水面变化对地表温度变化的影响。取得的主要研究成果与结论如下:(1)提取了像元级别的不透水面覆盖范围和亚像元级别的不透水面丰度信息。经验证,1995年、2003年、2010年、2018年LSMA模型的均方根值(RMS)分别为0.017、0.019、0.020、0.018,满足拟合精度要求;2018年不透水面丰度的线性拟合优度(R~2)为0.86,不透水面覆盖范围的总体精度为0.85,Kappa系数为0.70,提取结果精度较高。市中心区域建筑较密集,不透水面丰度值一直较高,研究区东南部的风景人文区植被覆盖度高,不透水面丰度相对较低。不透水面主要集中在市中心区域,且向周边地区不断扩张,而贾汪区和铜山区的不透水面覆盖范围相对小而分散。(2)在像元级别揭示了不透水面范围扩张的时空演变特征。研究区的不透水面面积不断扩大,总体表现为从市中心向外扩张和沿交通道路蔓延的两种扩张形态。整个研究区的不透水面扩张方向不明显,各区域的扩张方向性显著且不尽相同,中心城区总体上表现为向东、东南方向扩张。不透水面的空间集聚存在差异,但总体上差异性在减小,区域逐渐协同发展。不透水面扩张速率的空间自相关性显著,市中心区域城市化建设起步早,不透水面占比高,发展趋向饱和,其不透水面扩张速率相对减缓;发展相对滞后的贾汪区和铜山区在近些年加速发展,不透水面扩张明显加快。(3)在亚像元级别揭示了不透水面丰度增长的时空变化特征。不透水面丰度在总体上呈现出增加趋势,中心城区的不透水面丰度一直较高且增幅较大,生态建设使得其丰度值在近几年略有减小。各个等级的不透水面总体表现为,低密度不透水面减少和其他密度等级不透水面增加,城市不透水面的集聚效应显现。2003–2010年城市加快发展,不透水面等级间的转变最为剧烈。不透水面景观格局趋向复杂,低密度不透水面呈破碎化趋势,而高密度不透水面则更为集聚。城市建设与生态保护的耦合协调使得城市各景观相对均衡,提高了城市景观的多样性和异质性。(4)基于地表温度反演探究了不透水面的热环境效应。单窗算法有效反演了多时相地表温度,中心城区、工矿区及地表裸露区域的地表温度较高,易形成城市热岛。总体上,城市热力景观斑块多样性增加,趋于均匀,热环境状况先恶化后改善。不透水面与地表温度之间呈正相关,密集的不透水面易导致城市热岛效应,但由于城市热环境复杂多变,不透水面增加不是地表温度上升的唯一原因。不透水面扩张区域面积占比较大,且地表温度变化较为剧烈,对总体地表温度变化的影响更大,对城市热环境起着重要作用。该论文有图25幅,表30个,参考文献188篇。