城市是人类发展永恒的话题，是人类融入自然又改造自然的一个典型代表，同时也是人类发展的度量方式和里程碑。史上著名的哲学家O.Sengler在其著作《西方的没落》中曾指出:“世界史就是人类城市的发展史。”但随着人类的发展速度越来越快，城市也开始有了日新月异的变化，城市发展越来越复杂的同时，各种城市问题也随之而来，人类对大自然的改造手段越来越先进，自然受到的人类干扰越来越严重。为了解决这一问题，城市扩展及其生态环境效应的研究应运而生。　　利用多时相遥感影像数据，结合地理信息系统及CA元胞自动机模型，对武汉市城区2000年、2002年、2005年及2010年的城市扩展及其生态环境效应进行研究，利用面向对象方法将武汉市多时相数据进行分类，提取出各期城市用地，利用城市扩展动态度、城市扩展弹性、城市扩展地域差异指数、城市用地扩展象限方位分析、城市扩展总体模式等指数评价武汉城区的总体及区域扩展模式，利用景观指数及社会统计数据对城市扩展各时期城区的生态环境进行评价，并利用CA模型对武汉市洪山区、汉阳区城市扩展及其生态环境进行初步预测与模拟。得到的主要结论如下:　　(1)无论是从城市扩展动态度还是扩展弹性指数上分析，武汉市2005年至2010年的城市扩展相较于2000-2005年都有所减缓（2005-2010年动态度为8.1％，而2000-2005年城市扩展动态度为13.7％）。初步分析是由于2007年11月的资源节约型与环境友好型试验政策，使得武汉市开始正式控制建设用地的粗放式利用现象。研究发现武汉市城市扩展呈现出地域性差异，武汉市城市扩展主要集中在洪山和汉阳两个区域，其他区域扩展速度相对较小。主要是因为其他区域本来就是老城区，城区基本已经定型，像武昌、江汉，基本已经达到饱和了。而汉阳属于工业区，洪山属于郊区，空地多，发展潜力自然相对较大。总体来看，武汉市城市扩展城区为中心，呈同心圆式扩展的同时沿长江扩展。　　(2)利用Fragstats景观计算软件，结合遥感分类结果以及社会统计数据，对武汉市2000-2010年的生态环境状况进行了评价，以分析武汉市城市扩展对其生态环境带来的影响，结果表明，在武汉市城市扩展过程中，绿地面积减少，斑块数量增多，说明城市扩展占用了绿地，且使得景观破碎度增加。然而由于政府控制，武汉市的空气质量、声环境、水环境质量在2005年-2010年都保持稳定或得到提升。　　(3)利用CA模型对武汉市扩展最大的洪山区、汉阳区进行了城市扩展及生态环境模拟，经过对几种前瞻性派生算法的模拟精度、速度、优缺点等进行比较分析，最后选择了速度快、模拟精度较高的基于神经网络的CA模型进行模拟，对于城市用地，模拟精度基本可达到70％以上。对比洪山区、汉阳区各时段模拟精度发现，时间间隔越短，城市扩展面积越少，对于城市扩展的CA模型模拟精度会越高。