城市热岛效应会增加城市的能源消耗、降低空气质量、甚至会危害公共健康。城市化的过程中，伴随着城市扩张，城市的不透水面也随之增加，也使得城市热环境的研究也逐渐受到关注。分析城市不透水面的扩张特征及其对城市热环境的影响，对城市热岛效应的缓解和改善城市生态环境等具有重要的意义。　　本文以郑州市四环范围为研究区，本文选择2000年、2004年、2008年和2015年Landsat系列卫星遥感影像、气象资料等数据，运用ENVI5.1和ArcGIS10.2等工具，采用统计学和地理学相关方法对研究区数据进行处理和分析，主要研究内容如下：　　（1）提取研究区的不透水面。在时间序列上，通过计算2000年、2004年、2008年和2015年四个时间节点研究区不透水面的面积变化、扩张速度和扩张强度来分析郑州市主城区不透水面的时空变化；在空间上，运用重心转移方法和方位分析方法对不透水面进行分析。　　（2）利用遥感影像的热红外波段和卫星过境时间的气象数据，采用徐涵秋的单窗算法反演出研究区四期地表温度并进行归一化，将归一化地表温度影像图进行密度分割，进而求取城市热岛比例指数，利用差值运算方法求取2000-2004年、2004-2008年和2008-2015年的归一化地表温度差值影像图并分为5个级别来分析城市热状况时空变化情况。　　（3）利用统计学的方法和ArcGIS10.2的区域统计工具对不透水面和归一化地表温度进行多种模型的回归分析，分析两者的相关关系。　　（4）通过差值运算方法得出2000-2004年、2004-2008年和2008-2015年三个时期的不透水面差值影像图，然后提取热状况变化5个级别对应的平均不透水面值，分析不透水面扩张对城市热环境的影响。　　研究结果表明：　　（1）2000-2015年郑州市主城区不透水面处于高速扩张状态，但在不同时期表现出不同的扩张方向、强度。　　2000年以来，随着城市的扩张，郑州市主城区不透水面面积从2000年的158.71km2增加到2015年367.70km2，年均扩张速度达到13.93km2，研究区不透水面处于高速扩张类型。不同时期城市不透水面的空间扩张方向和强度不尽相同，2000-2004年间，除正西方位和西南方位外，其余方位不透水面扩张速度和强度较快；2004-2008年间，城市整体较均衡地向外扩张，各个方位的不透水面扩张速度和强度相差不大，但整体上高于前一阶段；2008-2015年间，正东和东南方位的扩张速度和强度都明显高于其他方位。从整体看，研究区在北部和东部的扩张面积都高于相应时期的南部和西部地区，根据重心转移分析可以看出2000年以来，郑州主城区重心向东偏北方向转移，说明郑州市主城区重点建设的区域在东部和北部地区。　　（2）城市热状况整体呈现恶化的趋势　　郑州主城区热岛效应主要分布在相应时期的城市建成区，城市内的龙湖、龙子湖、如意湖、常庄水库和西流湖等水体及其两侧的绿化用地呈现明显的“冷岛效应”。四个时期研究区热岛比例指数值逐期增加，并且城市热状况恶化面积都高于相应时期的热状况改善区域，说明城市热状况整体处于恶化的趋势。　　（3）不透水面与地表温度具有正的相关性，不透水面能够很好地反映热场空间的异质性。四个时期两者相应的协方差都大于0，说明两者具有正的相关性；进一步分析发现两者在多项式回归模型的拟合程度最高，回归系数值在0.973-0.989之间；不透水面值每增加0.1，归一化地表温度增加值在0.026-0.035之间，城市不透水面扩张对城市地表升温和热岛效应增强具有正向的促进作用。　　（4）城市热状况的变化明显受到城市建设的影响，热状况变化从改善极显著、改善较显著、基本无变化、恶化较显著和恶化极显著对应的平均不透水面差值由小增大，热状况改善区域对应的不透水面差值为负，说明城市绿地及水体能够改善热环境，缓解热岛效应；热状况恶化区域对应的不透水面差值为正值，说明城市的扩张对城市热环境的恶化和加剧热岛扩展有推动作用。