快速的城市化进程使得城市区域不透水面大幅度增加,影响了城市的热量循环。与此同时,人口聚集、交通量增长、商业活动频繁等因素也造成城市区域热量累积,最终导致产生城市热岛效应。城市热岛效应加剧会导致能源消耗与二氧化碳排放量增加,高温灾害风险提高,破坏城市区域的气候、水文、物质循环、能量代谢等生态平衡,还造成了城市大气污染物的累积,给居民生活与健康带来不利影响。为此,城市热环境的监测与治理,成为现代城市管理者面临的重要工作,快速、准确地计算城市热岛指标、精确表达热岛空间形态的方法与技术成为学界的研究热点。人们常用热岛强度、热岛足迹、热岛容量等指标来描述城市热岛发展程度,并用热岛强度曲面来表达其空间分布形态。但由于城市内部空间结构复杂、人员活动频繁,给进行大范围、高频度、精细化的热环境信息获取与指标计算带来了困难。由于热红外遥感能够对地面目标的热辐射能量进行探测,随着近些年来卫星遥感技术的发展,可用于反演地表热岛强度的长时间序列、大覆盖范围、高时间及空间分辨率的遥感数据不断丰富,人们越来越多地利用卫星遥感影像来反演下垫面热岛分布状况。但是,传统的热岛指标大多采用函数模拟的方法获得,计算复杂且难以体现城市内部细节。本文针对现有函数拟合方法难以支撑高频度大范围城市热岛指标快速计算、难以表达城市内部热环境复杂空间形态等问题展开研究。提出基于多层级离散网格进行城市热岛指标计算与空间形态表达的方法。并在此基础上利用GeoSOT（Geographic Coordinate Subdividing Grid with One-Dimension Integer Coding on 2n Tree）全球位置网格框架,基于2014-2019年无云层遮盖的landsat7\8影像,选取北京市五环以内地区为研究区,开展了热岛指标计算、空间形态表达、热岛影响因素关联分析实验。本文的主要创新性工作体现在以下方面:（1）城市热岛实质上是一个三维分布且动态变化的场,简单函数模型无法体现其复杂性,而过于复杂的函数又带来一系列的计算与表达难题。针对这一困难,本文提出采用离散场模型来描述城市热岛,设计了基于GeoSOT全球位置网格的城市热岛信息集成模型,实现了城市热岛信息与网格模型的映射。并在此基础上设计了网格层级的选取规则、网格中心点数据的计算方法以及数据属性表,保证了热岛指标计算与表达的精度,实现了热岛数据的高效存贮与管理。（2）在城市热岛网格模型的基础上,设计了城市热岛指标空间指标（热岛足迹、热岛容量、热岛重心）计算方法,支持不同尺度热岛空间指标的快速计算。（3）针对热岛影响因素监测分析,提出了基于离散网格的城市热岛信息与影响因素关联模型,并提出基于网格的归一化植被指数、归一化建筑指数、人口密度等有可能与热岛效应相关的因素与热岛指标的关联计算与分析方法,可支持热岛精准治理。（4）针对城市热岛空间形态表达困难的问题,设计了城市热岛空间形态的多尺度表达方法,打破复杂曲面拟合的束缚,通过离散化的方式快速刻画城市内部热岛空间形态的细节,相较于高斯曲面拟合法,细节描述与效率均显著提高,解决了现有方法无法准确、快速刻画城市内部热环境空间形态细节的问题。（5）利用上述方法,本文计算了2014-2019年北京市五环以内区域的热岛变化情况。与传统高斯曲面拟合方法相比,计算效率提高了26321ms,且能够清晰体现城市内部热岛空间形态的分布细节。通过对计算结果的分析,进一步发现研究区内热岛效应显著程度的顺序依次为:夏季＞秋季＞春季＞冬季;热岛效应在2014-2018年逐步加重,在2018年达到峰值,并在2019年得到缓解,与北京市针对城市热态环境问题制定的一系列改善举措相对应。同时可发现,建筑物密度与地表温度的关系最为显著,呈现显著正相关关系,人口密度也对热岛效应的加剧具有促进作用,而植被对热岛效应具有缓解作用,且随着植被覆盖度的升高,缓解作用越明显。本研究的成果可用于支持大范围、高频度城市热岛指标的计算,以及城市热岛空间形态的细节化表达,对于精准监测城市热岛产生与变化情况、分析城市内部热环境与城市复杂空间形态的关联机理,进而支持城市热岛的精细化治理,具有重要意义。