在以暖化为特征的全球气候变化背景下,快速的城市化不仅剧烈地改变了地表的自然形态,还对城市生态系统的结构、过程、功能以及所提供的生态服务功能带来了显著的影响,引发了一系列生态环境问题。研究城市生态系统的景观格局、城市形态类别和地表生物量的空间分布,对于深入认识和理解城市生态系统的过程与功能、改善城市环境及区域气候、促进城市的可持续发展具有重要的意义。　　 本研究基于地理信息系统(Geographical Information Systems,GIS)与遥感技术(RemoteSensing,RS),以北京市五环以内中心城区为研究对象,采用景观指数等指标,系统研究了北京城市发展过程中景观格局的形成、变化机制和驱动因素；探讨了利用城市形态单元将人类斑块和自然斑块有机地结合起来,综合人类活动与生态过程对城市生态系统进行有效的定量化表征；并以此为基础,精确估算城市地表生物量的空间分布格局,为北京城市生态系统结构和功能优化及可持续发展规划提供科学的理论依据和参考建议。得出以下结论:　　 (1)根据城市土地利用分类目的与精度要求,采用优化与广义两种面向对象分类方案,开展基于高分辨率遥感影像的城市土地覆被信息提取。结果表明:优化方案的分类结果总体比广义方案好,前者总体精度为86.5％,较后者精度提高了6.0％,而总体Kappa系数也有0.085的提升；但广义分类方案具有很强的适用性与可移植性,能够在精度允许的范围内大幅度提高分类效率,实现系统而有效的自动分类,且广义方案得到的分类结果具有一致的精度,能保证数据之间系统性与鲁棒性,更适合快速精确获取城市土地覆被信息。　　 (2)北京城区景观格局在类型水平上,城市建筑用地景观比例达63％,斑块连通性较好,破碎化程度低；而绿地景观占33％,斑块分布不均匀,破碎化城市较高。在景观水平上,城市中心和郊区的景观破碎化程度要明显低于城市边缘的城郊过渡区,沿着城市化梯度从城市中心向外,景观破碎化呈现出明显的先增加后减少的单峰变化趋势。回归结果分析表明,景观破碎化程度与城市化水平之间是一种倒“U”型关系,并在城市化水平达42％～45％之间,景观破碎化程度达到峰值。进一步研究表明,人口密度和家庭户数是导致景观破碎化加剧的直接驱动因素,而经济快速增长对景观破碎化程度提高具有间接的影响。　　 (3)不同城市形态单元的土地覆被组分具有明显的差异。在相似水平在80％～82.5％之间,把所有城市形态类别的聚类成5大类,可以从覆被的角度反映了一种类别之间环境质量的梯度变化。进一步除趋势对应排序(DCA)排序和回归分析结果表明,前二个排序轴分别代表了距离城市中心距离和人口密度,两者能够解释所有城市形态类别之间84％的组分差异。这表明城市的发展水平和人类活动的强度是导致不同城市形态类别的土地覆被组分差异的主要原因。　　 (4)北京城区林地阴影与地表生物量之间具有显著的线性相关关系,相关系数R2adj为0.89,拟合方程的均方根(RMSE)与绝对偏差(bias)分别为20.8 t/ha和2.86 t/ha。根据高分辨率遥感影像估算出北京城区的总林分生物量为1126870.81t。同时利用草地和农田的面积估算出研究区草地和农田的生物量分别为26634.41t和66914.03t,最终得到北京城区的生物量总量为1220418.95t。本研究说明了基于林分阴影的反演方法能够从高分辨率遥感影像数据有效、快速、精确地估算城市林地地表生物量及其空间分布。