土地利用/覆被变化（Land use and cover change，LUCC）是人类影响全球变化的主要途径之一。从上世纪90年代开始，学者从过程、格局、机制及环境效应等方面对LUCC进行了大量研究，取得了丰硕成果，但中小区域尺度和局地尺度的研究案例仍需进一步补充。湘江流域既是全国重要的工农业生产基地，又是城市化发展较快和水旱灾害较为严重的地区；近年来，随着工业化、城市化的快速发展，土地利用格局发生了急剧变化，土地利用变化的环境效应亟待探究；本文在整体把握区域土地利用变化特征与规律的基础上，从局地尺度出发，探讨了1985-2007年湘江流域土地利用变化对地表水热环境的影响过程和机理；该研究对深化LUCC理论与方法及保障湘江流域土地资源持续利用具有一定的理论与实践意义，也能为长株潭“两型社会”建设的具体决策提供科学依据。论文以土地利用变化数据、TM遥感数据、气象数据、环境数据和各种社会经济统计数据等为数据源，从数量、结构和形态3个方面定量分析湘江流域土地利用变化的时空变化规律；然后以归一化植被指数NDVI、改进的归一化水体指数MNDWI、归一化建筑指数NDBI和归一化裸土指数NDBaI等地类遥感特征指数作为下垫面类型和性质的量化指标，将地表水分（Land surface moisture, LSM）与地表温度（Land surfacetemperature, LST）作为水热环境的具体响应因子，通过对系列地类遥感特征指数与LSM及LST进行回归分析，以期找到地表水热时空分布特征与土地利用类型变化的关系。研究得出的主要结论如下：研究期内，湘江流域土地利用变化的总体趋势是：耕地、林草地和未利用地面积减少，建设用地和水域面积增加；其中，耕地面积减少、建设用地面积增加是土地利用变化的主线；湘江流域土地利用变化总量为602174.44hm2，占流域总面积的6.94%；在所有的变化图谱类型中，林草地转化为耕地、耕地转化为林草地和耕地转化为建设用地是3个最主要变化类型，占变化面积的60.25%；长株潭、衡阳市及永州市的城乡交错带是主要的变化区域。湘江流域土地利用综合动态度呈上升趋势，土地利用类型动态度排序为：未利用地>建设用地>水域>耕地>林草地。在结构上，湘江流域土地利用景观之间的连接性增加，景观形状复杂度降低，景观格局朝均匀化和多样化的方向发展。在形态上，边界分形维数先增后减、总体减少，稳定性指数持续增加，表明研究期内土地利用景观由破碎到整合的变化格局。研究期内，在长株潭中心城区、衡阳市区和永州市区等局地尺度上，归一化建筑指数NDBI和归一化裸土指数NDBaI与地表温度LST正相关，归一化植被指数NDVI和改进的归一化水体指数MNDWI与地表温度LST有负相关，研究期末LST与各地类遥感特征指数间相关性较研究期初有所提高；其中，NDBI与LST相关性最为显著且稳定。在类型尺度上，不同值域间隔选取对NDBI和MNDWI影响不大，对NDVI和NDBaI影响明显。土地利用变化会导致地表温度发生变化，不同土地利用类型之间地表温度存在明显差异，表现为建设用地地表温度最高而水域最低，相同土地利用现状类型也会因为变化图谱过程信息的差异而不同。研究期内，湘江流域土壤水分SM与归一化植被指数NDVI、改进的归一化水体指数MNDWI、归一化建筑指数NDBI、归一化裸土指数NDBaI等地类遥感特征指数存在多元线性关系，且相关性呈上升趋势；不同土地利用变化图谱类型的地表水环境响应存在较大差异，主要表现为自然地类的地表水环境量化指标高于人为景观，林草地的地表水环境量化指标高于耕地；耕地非农化是影响城市及其周边地区土壤水分变化的主要的原因，而“退耕还林”会对土壤水环境的恢复产生积极作用；植被分布与长势状况是影响归一化水汽指数NDMI变化的主要原因。本文在以下几方面有创新：1）构建了包含过程变化信息的地学信息图谱模型。2）基于新型地学信息图谱的地表水热环境响应分析。3）地表温度与遥感地类特征指数回归分析中的尺度效应。