港口是水陆交通的中心节点,具有显著的空间意义,作为港口城市空间与功能的重要组成部分,其与所在城市的发展十分密切,实践表明,港口功能的升级换代将直接影响着港口城市空间结构的演变。本文以港口与其依托的城市空间关系为研究主题,在港口升级换代对城市空间结构演变的效应分析基础上,以港口功能演进、临港产业集聚发展背景下港口城市空间变化为研究对象,选取大连市为实际案例,采用遥感分析技术与地理信息系统集成技术与数理模型、空间统计分析、空间情景模拟分析等手段相结合的研究方法,以城市空间结构演变等理论为基础,利用大连市1990—2013年的Landsat TM遥感影像作为研究数据,从不同时空尺度上分析了港口升级换代过程中城市空间结构、形态以及重心的变化过程,探讨了临港产业集聚对港口城市空间演变的影响作用；并将空间随机抽样方法与Logistic空间回归模型相结合,对临港产业高度集聚的大连新市区的建设用地变化与多种自然、社会、港口相关影响因素之间的定量关系进行了回归分析；根据港口升级换代对城市空间结构演变的作用机理,构建了应用元胞自动机模型与马尔科夫预测模型的港口城市空间结构演变模拟模型,综合考虑空间演变的不同利益要求,设计了基于自然发展、港口目标导向以及生态保护导向的3种空间情景模拟假设,得到在港口升级换代、尤其是临港产业集聚作用下城市空间结构可能出现的不同情景。文中选取多种空间景观分析指标,综合评价、对比了不同情景下港口城市未来空间结构演变的优劣情况,提出为实现港口城市临港产业发展与生态用地保护相和谐,港口城市空间发展应在遵循港口升级换代对城市空间影响的规律基础上,以保护港口城市生态用地优先为原则,控制建设用地扩张速度,引导临港产业集中布局,提高土地利用效率,优化港口城市空间结构。本文结论可提高对港口城市空间演变过程与机制的理解,为港口城市空间规划提供直观形象、未来可见的决策参考,指导港口城市交通、社会、经济等多方面的空间布局实践,顺应港口升级换代之势,提高港口城市空间发展的合理性、有序性。