城市是人地关系矛盾最集中的地域空问。城市化一方面促进土地的集约利用，提高能源使用效率，促进经济繁荣和社会进步，另一方面也引发了一系列生态环境问题。城市用地作为城市和城市化的空间载体，是研究城市化问题的重要内容。研究城市拓展和土地利用／覆盖变化过程，对制定合理的城市规划、土地利用规划，实现城市可持续发展具有重要意义。 城市模型是研究城市发展的有效工具，土地利用／覆盖变化模型是深入了解土地利用和覆盖变化复杂性的重要手段。城市模型经历了城市形态和结构模型、以空间相互作用模型为代表的静态模型、以系统动力学和劳利模型为代表的动态模型和以元胞自动机为代表的动态城市模型几个发展阶段；土地利用／覆盖变化模型则可按其功能分为描述模型、解释模型和预测模型。目前，这两类模型的发展都趋向对复杂系统的时空变化特征模拟的研究。 本文首先阐述了元胞自动机模型的原理、构成、特征，回顾了元胞自动机的发展历程。元胞自动机是时间和空间都离散的一类模型，是由空间上各项同性的一系列元胞组成，用于模拟和分析几何空间内的各种现象。元胞自动机模型的空间表达能力和动态特征，适合于模拟城市化过程以及土地利用变化过程，在城市拓展模拟和土地利用／覆盖变化模拟中得到广泛应用，成为一类重要的城市模型和土地利用／覆盖变化模型。 基于以上考虑，本文采用基于元胞自动机的SLEUTH模型对上海市城市拓展和土地利用演化进行模拟。模拟过程中，通过一卜海市的历史遥感影像图进行模型参数校核，获取模型对于上海市模拟的最佳模型参数系列，实现SLEUTH模型的地方化，进而对上海市城市拓展和土地利用／覆盖演化作历史模拟和预测模拟。历史模拟分析模拟了上海市1988-2004年间的城市拓展和土地利用演化历史过程，并将模拟结果与遥感影像进行对比分析，验证SLEUTH模拟的准确性，并将模拟结果与相关社会、经济因子进行空问相关分析和统计相关分析，建立城市拓展、土地利用／覆盖演化与社会、经济的回归方程。在此基础上模拟了2005—2040年间上海城市拓展和土地利用／覆盖演化趋势，并建立城市发展系统动力学模型，将不同发展方案卜SLEUTH的预测模拟结果引入城市发展模型，模拟分析不同的城市发展方案对社会、经济和环境的影响。