城市热环境由城市能量分布与交换形成,是城市环境中物理、化学、生物过程之间相互联系的桥梁,在城市群环境尺度下,地表温度的变化反映了出过程中能量平衡关系,不同的热场分布特征与空间分布格局在城市内部及周边形成。城市热环境基于空气的温度与下垫面的表面温度,包括影响城市热环境的太阳辐射、人为热以及下垫面状况(下垫面类型、热导率、热容等)和影响热量传输的大气状况,它们构成影响人类及人类活动的物理系统。乌鲁木齐市是中国干旱区少数百万人口城市,由于城市化进程加快,近年来大批新建密集建筑、沥青及其他不透水面的高热容量与吸热率,蒸发耗热的减少令城区内部储存较多热量并向周围和大气中辐射,与干旱区原生的高热环境连片造成了整体区域的高温现象,对城市发展产生了深远影响。城市急速发展的需求与其脆弱的、日趋恶化的环境的矛盾,是当前城市环境、城市现状与规划及可持续发展的重要问题。以新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐市为研究区,选取1990-2010年为时段,以城市地理学、环境学为基础,借助3S技术与数学方法,利用卫星遥感影像反演城市地表温度,从空间与时间两个层面上分析了城市温场格局,从城市土地利用/覆被类型、影响因子(植被指数、水体指数、高程、人为热)与热力景观格局变化综合分析出该城市热环境与下垫面影响程度,对城市热环境-下垫面相关性进行的研究,得到城市在20年间热环境及下垫面的动态变化特征,对城市规划及可持续发展做出参考。研究结果表明:(1)在干旱区城市热环境检测研究中,选择Landsat TM数据(中高分辨率、存档多、易获取),利用单窗算法进行地表温度反演。所反演出的地表温度与实际气象站测量的当前时刻的含植被地表温度值最接近,偏差范围为:±2.6°、左右,结果准确度较好。各年度城市温差的分布差异较大,主城区周边山体、沙漠与戈壁滩,始终呈现出较高的地温特征,城区被荒山包围,城区“热”低于荒山裸地“热”,且随着城市规模的扩大,市区内部的热岛呈现“集中-打散-扩张升温”的过程,升温趋势有增无减,呈北、东、南三面扩张趋势。(2)在城市下垫面的研究中,较大面积范围的高植被覆盖区是城市低温区的主体组成部分,表现为负相中等相关性;大面积水域也有微小的效果,但只构成局部低温,对周围的影响并不明显,表现为负相低相关性;高程对温度的影响主要体现在山区,表现为负相中等相关性;而人口密度的增长、其他人为热排放、人造表面与未利用地(尤其是裸地)的扩张等因素与热环境互动明显,也均会造成较高热现象。(3)1990年-2010年期间,新市区、头屯河区发展状况良好,基本在不断发展的基础上呈现稳定、偏低的状态;其次是水磨沟区、沙依巴克区与天山区,低温区呈现破碎化,需要合理规划与发展;乌鲁木齐县、米东区、达坂城区20年间,低温范围明显缩减,高温范围提升,应在绿地保护、减少排放量与城区布局等方面引起关注。(4)近20年城市热力景观格局发生了较大的变化,未利用地(裸地)作为主体高温区域,绿地(林地、耕地)作为为主体的低温区,其面积均在减少,大量转化为建设用地;市内表现为高复杂与聚集度,各斑块破碎化程度增加优势度与聚集程度下降;特高温与次中温斑块的面积有所上升,中温与低温斑块的面积降低后又呈上升趋势,较低温与次低温的斑块面积持续降低;高温类型斑块占比最高,占有绝对的优势度,经过高破碎化阶段现在逐步趋于稳定;城市热力景观整体破碎化程度增强,热力景观斑块升温及复杂化等现状。基于以上研究与分析,根据干旱区城市环境特点,对乌鲁木齐市城市发展提出建议,坚持以宜居城市、城市绿色、健康城市的可持续发展为目标。