采用数理统计与空间统计相结合的方法,利用Landsat ETM+数据对北京、上海、沈阳和武汉等4个大城市的夏季城市热岛相对强度与城市下垫面的空间分布关系进行对比研究。用混合像元线性光谱分解方法提取的城市植被覆盖度与不透水面表征城市下垫面;用城市地表亮温与水体亮温差值表征城市热岛相对强度。结果显示,4个城市的植被覆盖、不透水面与热岛强度的分布呈较强的空间正自相关,并且存在较为一致的自相关范围,该范围相当于城市街道与建筑组合特征尺度;自相关引起的结构性是导致3者空间分布异质性的主要因素。植被覆盖对城市热岛的缓解效果与不透水面对城市热岛的增强作用均呈分段线性特征,但区域差异较为明显;交叉相关系数曲线则显示出相关性的空间异质性与多尺度现象,同时存在一个约550 m的空间作用特征尺度。该研究结果有助于在城市规划实践中合理配置建筑与植被的间隔和比例,以缓解城市热岛效应。