近年来，随着经济的持续发展，我国的城市化进程不断加快，传统的监测方法难以快速有效的获取城市的扩展信息。自上世纪70年代以来，随着遥感技术的不断发展和完善，结合遥感与地理信息系统技术研究城市扩展具有周期短、劳动强度小、节省资金等诸多优势，逐渐成为监测城市扩展的主流方法。本文采用覆盖东北三省的1975年左右的MSS影像、1990年左右的TM影像、2000年左右的ETM影像、2007年左右的CBERS影像作为主要数据源，结合前人经验及城市建成区的光谱特征建立解译标志，采用人机交互解译的方式得到四期城市矢量数据。研究了城市的分布现状，计算了其面积变化、动态度、扩展强度等信息，并结合统计资料，采用灰色关联度分析方法，对城市扩展的驱动力进行了分析。另外，还基于分形理论，对东北三省城市体系的规模分布和空间结构进行了研究。同时，利用MODIS LST和Landsat TM/ETM数据，反演了地表温度和不透水面等信息，从宏观和微观两种尺度研究了城市热岛效应。本文通过上述研究得到以下结论：1、东北三省城市在4个时期的面积及分布特征东北地区地势平坦，自然条件优越。城市建成区主要分布在500m以下、坡度8°以下、起伏度75m以下的地区。城市主要沿交通干线及水系分布，经统计，大部分区域分布在交通干线及水系周边10km的范围内。因此，城市的分布具有明显的轴向特征。在1975年、1990年、2000年、2007年4个时期，东北三省县级以上行政区建成区的面积分别为2039.35km2、3829.70km2、4641.24km2、6693.91km2。辽宁省建成区的面积始终为最大，分别为875.69km2、1615.43km2、2040.57km2、3020.81km2，其次为黑龙江省，面积分别为700.87km2、1322.34km2、1556.81km2、2128.24km2，最后为吉林省，面积分别为462.79km2、891.93km2、1043.86km2、1544.86km2。2、东北三省城市的扩展情况及特征新扩展的区域主要分布在海拔500m以下、坡度5°以下的地区。1975～1990年，黑龙江、吉林、辽宁以及总体城市建成区年均扩展率分别为5.91%、6.18%、5.63%、5.85%；1990～2000年，分别为1.77%、1.70%、2.63%、2.12%；2000～2007年，分别达到了5.24%、6.86%、6.86%、6.32%。东北三省城市在扩展的过程中具有明显的相似性特征，以1975～1990年的扩展速度为基准，都经历了先慢速扩展后快速扩展的过程。从第1阶段的5.85%下降至第2阶段的2.12%，而后上升到第3阶段的6.32%。在城市的扩展过程中，副省级城市在扩展过程中一直处于核心地位，地级城市是城市扩展的主体，县级市及县则是一直处于快速扩展的阶段，除1990～2000年，扩展动态度高于副省级城市及地级市。扩展强度比较显著的地区主要分布在哈大交通经济带上。这些区域以点、团状的形式分布，彼此之间相对较为独立，扩展模式上主要以哈尔滨、长春、沈阳、大连4个中心城市为核心，呈辐射状向周边发展。在3个阶段的扩展过程中，第2阶段的扩展强度整体上小于第1阶段，第3阶段较前两个阶段，扩展强度明显提高，特别是沿海城市带提高程度最为明显，这些区域在图中表现为由点、团状发展成大片的面状的形式。东北三省城市主要分布在广阔的平原地区，城市扩展受地形影响较小，多表现为蔓延式扩展；部分沿江河的城市，受河流的限制，表现为连片扩展；能源型城市受资源点分布的影响，扩展形态上更多的表现为飞地式扩展。应用灰色关联度理论对城市扩展的驱动力进行了分析。结果表明，GDP与城市建成区面积的关联程度最高，其次为非农人口数、房地产投资额、铁路及公路运输线路长度。3、东北三省城市群规模分布和城镇体系空间结构的分形特征应用分形理论对东北三省辽中南、哈大齐、吉中三大城市群的规模分布和城镇体系的空间结构进行了研究。结果表明，经过30多年的发展，哈大齐城市群城市规模分布逐步得到优化，城市群内城市的发展趋于均衡，城市群的空间结构趋于紧凑。吉中城市群则经历了先优化而后又趋于分散的过程，但总体上，空间结构也趋于紧凑。另外，还发现哈大齐和吉中城市群城镇体系结构仍然不够完善，城市规模不连续。辽中南城市群内副省级城市、地级市、县级市及县三级城市规模差异很大，各级之间出现明显的脱节现象，城市群的空间结构经历了先趋于均匀化，而后受交通干线的吸引，空间结构具有明显的轴向特征。4、东北三省城市热岛效应特征在冬季，东北三省温度的分布情况主要受纬度的影响，即随纬度的不断增加温度逐渐降低，在春季、夏季和秋季，温度的分布情况更多的受地域的影响，西部及西南部的温度整体上高于东部和北部地区。出现热岛效应的区域主要分布在城市及其周边地区以及工矿附近。夏季的热岛强度普遍高于春秋两个季节。受空气中烟尘等污染物的影响，冬季还会出现城市冷岛效应。采用Artis&Carnahan单通道法计算了长春市的地表温度。研究表明，长春市的高温区多分布在工业园区，低温区主要分布在旅游风景区。对比1993和2001年两期温度数据，研究表明，经过8年来的城市发展，城市热岛区域面积明显增加，高温区和极高温区的面积有所减少。应用光谱混合分析法（SMA）对长春市的不透水面信息进行了提取。研究发现，不透水面率、地表温度、NDVI三者之间具有相关性。当NDVI＞0时，NDVI与地表温度之间呈线性关系，地表温度随NDVI的增加而逐渐减小。不透水面率与地表温度存在线性关系，地表温度随不透水面率的增加而逐步升高。随着城市的不断扩展，不透水面区域面积逐年增加，城市热岛区域的面积将不断增多。不透水面率与NDVI同样存在线性关系，NDVI随不透水面的增加而不断减少。