城市化是全球社会经济发展的必然趋势,城市的未来就是人类的未来。探究城市景观格局演变及其典型生态效应将有助于揭示城市空间扩张机理,促进城市用地调控的科学化,从而发挥城市生态系统功能,促进城市人居环境建设,最终实现可持续发展。因此,本文以快速发展的中型城市—扬州为例,基于多期(1995、2000、2005、2010年和2015年)Landsat卫星影像和社会经济数据等资料,运用景观格局分析、增强回归树(Boosted regression trees)等方法,探讨城市扩张过程中景观格局演变及其典型生态效应,主要结果如下:(1)1995年到2015年,扬州市耕地减少,林地、绿地和水体的变化较小,建设用地面积则持续增加。景观破碎化程度和多样性随着城市发展逐渐增加。建设用地的形态在城市扩张的过程中经历着“集聚”和“扩散”的交替变化过程,景观格局出现了同质化倾向。海拔和人口密度的增加会促进景观的破碎化、抑制景观的集聚;人口数量的增加会促进景观的集聚、降低景观的破碎化;其余因子(到县市中心的距离、人均GDP和第二产业占比)的作用则随城市的发展而发生转变,如人均GDP对景观破碎化的作用表现为“促进→抑制”的转变、第二产业则为“抑制→促进”。建设用地扩张方面,地理空间因子(如海拔、距县市核心区和建成区的距离)对建设用地扩张和景观格局演变的影响最大,但它的影响力却随着城市发展呈现下降趋势,社会经济的作用则逐渐增强。地理空间因子对建设用地扩张的影响以抑制作用为主,但是不同社会经济因子的作用呈现较大差异。(2)1995-2015年,扬州整体升温,市中心和西南地区尤其明显,北部则有一定降温趋势,热力学中心逐渐向东南移动。随着城市的发展,景观组成对热环境的相对影响呈现先减少后增加的态势,并始终高于景观配置的影响。景观组成方面,建设用地面积比例的增加促使地表升温,耕地面积比例的增加对热环境的作用表现为先促进后抑制,水体则为明显的冷源;景观配置方面,斑块密度的增加促使地表升温,聚合度表现为先促进后抑制的作用,边缘密度和香农多样性指数的影响则随城市发展而发生改变,如边缘密度对热环境既有促进(2000年)又有抑制(2015年)。(3)1995-2015年,扬州市低碳储量区增加,高碳储量区减少,生态系统固碳能力减弱,高碳储量地区多集中在扬州市的西南部和北部,由扬州市中心向外,碳储量有增加趋势。景观组成对碳储量的影响大于景观配置,其中耕地面积占比一直是碳储量最大的影响因素,与碳储量正相关,水体和建设用地则表现为负相关。景观配置方面,斑块密度、边缘密度和香农多样性指数对碳储量表现出正效应,而聚合度对碳储量的影响则为先抑制后促进。(4)扬州市水源涵养量随城市发展逐渐减小,减幅最大的时间段为2005-2010年,2015年水源涵养量减少趋势得到一定缓解,高邮湖地区大量低水源涵养量斑块消失,较高水源涵养量斑块重新出现。对水源涵养量的作用上,水体表现为促进,耕地表现为先抑制后促进,而建设用地则为抑制作用。景观配置方面,斑块密度的影响表现为先抑制后促进,边缘密度对水源涵养总体为负效应,最后,聚合度和景观多样性指数对水源涵养量均为正向作用。(5)景观配置对生态效应有明显影响,景观破碎化程度对生态功能为抑制作用,而景观多样性提高有利于生态系统功能的发挥,因此,城市在发展过程中要注重景观多样性的保护,遏制景观破碎化,提高整个生态系统的服务功能,实现城市可持续发展。本文运用机器学习的增强回归树方法探讨了扬州景观格局演变及其典型生态效应的时空特征和驱动机制,结果表明增强回归树方法能克服许多传统统计学方法的不足,能定量多因素的作用和相对影响大小,在城市发展研究领域有较大的应用前景。