上海的城市化进程自改革开放后进入了快速发展阶段，二十世纪九十年代后进入郊区城市化阶段。上海的城市化水平与经济增长是同步增长的关系。本研究根据上海各个区县的不同发展水平，把上海划分为中心城区、近郊区和远郊区三个城市化水平分别从高到低的空间层次，反映了上海城市化起于中心城区逐渐向近郊区和远郊区逐渐扩散的过程。然后对三个空间区域内的地表水、大气和土壤环境的监测数据进行综合污染指数计算，通过三大地理环境的综合污染指数的空间变异特征和时间变化趋势探讨上海快速城市化过程中环境质量的时空变迁。主要研究结果如下：①中心城区地表水的主要污染物质是氨氮、五日生化需氧量、总氮等，2005年挥发酚成为地表水主要的污染物质，以上这些污染物质主要来源于工业废水和生活废水；而降尘、二氧化硫、氮氧化物、总悬浮微粒等是大气环境的主要污染贡献者，主要来源于燃料燃烧、工业生产和机动车排放。近郊区在过去的20多年时间内，氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、汞、氨氮、总氮等是地表水的主要污染指标；降尘、酸雨和总悬浮微粒是大气环境污染的主要指标；土壤环境以镉、汞、锌等重金属污染为主。远郊区的地表水主要污染物质为高锰酸盐指数、五日生化需氧量、汞等；大气主要污染物质是降尘、酸雨和氮氧化物等；土壤污染物质也是以镉、汞、锌等为主的重金属污染。②在空间尺度上，地表水环境和大气环境都表现出中心城区环境质量最差，近郊区次之，远郊区相对最好的空间特征。空间尺度特征和城市化水平一致，即城市化程度越高，环境污染越严重。其中地表水在1986-2001年三个区域的空间差异性最大，这主要归因于这一时期中心城区的地表水污染相对比较严重，2002年至今空间差异性逐渐缩小。大气环境在1986-1996年的三个区域的空间差异性较小，这主要归因于近郊区的大气质量污染严重，2002年至今三个区域的空间差异性进一步缩小。土壤环境中，上海土壤污染在全国土壤污染水平上是比较严重的。除了“八五”规划期，其余规划期都是的近郊区的土壤质量优于远郊区；基于国家土壤环境质量标准值，空间差异性在“六五”规划期最大，其余三个规划期的差异性并不明显；基于上海土壤背景值，空间差异性在“八五”规划期最大，“九五”规划期最小。③在时间尺度上，中心城区的地表水和大气环境都经历了先污染后治理的发展过程，且都在上世纪90年代初期环境质量逐渐得到改善；近郊区的地表水质和土壤质量已经在上世纪90年代中期得到改善，但大气环境在2000年以后出现污染指标再次升高的变化趋势；远郊区的大气和土壤环境都在上世纪90年代逐渐改善，但地表水的综合污染指数却在其尺度范围内波形变化且出现不断上升的变化趋势。④地表水质量随着人均GDP和上海城市化水平的升高在1982-1990年逐渐恶化，1990年后逐渐改善，类似于一个“倒U形”的曲线；而大气质量在1982-1990年迅速恶化，1991-2000年逐渐改善，2000年以后又出现恶化的趋势，大致是一个“N”形的变化趋势；土壤质量自“八五”规划期(1991-1995年)以后随着上海城市化水平、人均GDP的升高而逐渐改善。⑤在上海快速城市化过程中，人口密度的增长和人口的再分布，工业结构的调整和企业的再布局，城市基础建设，农业生产活动，经济增长和环境保护政策等是影响上海的地表水、大气和土壤环境变迁的主要因素。作为中国乃至发展中国家城市化发展的代表，上海环境质量的时空变迁过程为政府和环保部门提供了有价值的理论和数据资料，同时为上海建设生态城市和成功举办2010年世博会提出环境保护和管理建议，以此促进上海社会、经济和环境的可持续发展。