根据《国家新型城镇化规划（2014-2020）》,城市群将成为未来我国实现新型城镇化的主体形态。与单一城市相比,城市群不合理的空间布局将产生各类生态环境问题的叠加效应。现阶段,许多发达国家已经进入城市群发育成熟阶段,面临的问题较少;而我国正处于城市群发育探索阶段,研究我国城市群城市空间的时空演变将对未来城市群健康发育具有重要的理论和实际指导意义。对于城市扩展,目前已有许多专家学者从特征、机理、预测和影响等方面开展了研究,但总体上还存在几点不足:（1）在研究数据方面,大部分已有研究数据主要来自于低分辨率的长时间序列数据或中高分辨率的若干年份数据,而大范围、长时间序列的中高分辨率数据收集与处理成本高,阻碍了对城市扩展过程的连续密集观测;（2）在演变规律与机理分析方面,已有研究一方面主要基于个别时点数据对城市扩展阶段进行机械划分,无法准确把握城市扩张的阶段特征;另一方面大部分研究存在多单尺度、少多尺度,重大城市、轻小城市的问题,中小城市作为未来城市化的主体,对其空间演变的全面认知与综合分析仍然匮乏;（3）在模拟预测方面,SLEUTH模型因其良好的可扩展性以及灵活的自适应修正机制,在世界范围得到了广泛的应用,然而大部分基于SLEUTH的城市模拟预测研究忽略了驱动因素作用的空间非平稳性,导致模型预测结果不可靠。针对以上三个问题,本研究以中小城市占比最高（2019年底为80.65%）的国家级城市群—长江中游城市群为研究区域,以遥感、GIS和社会统计数据为基础,综合运用遥感、地理信息系统技术、数理统计与分析方法、计量经济学模型以及元胞自动机模型,沿信息提取—现象发现—机理归因—模拟预测这一路线,对长江中游城市群近三十年的建设用地演变进行了深入探究,为中国欠发达城市群研究提供科学参考。具体内容包括:（1）融合开源OpenStreetMap（OSM）数据以及海量Landsat遥感数据的大范围、长时间序列城市用地半自动提取。对于最近年份的遥感影像分类,本文提出使用现时众源OSM土地利用数据生成训练样本点;对于历史年份的遥感影像分类,本文设计了一种基于改进变化检测方法的训练样本迁移机制,将位于不变区域的训练样本点作为当前年份的训练样本集。充分利用Google Earth Engine云平台上海量的遥感影像数据及其高性能计算能力,实现了大区域、长时间序列建设用地的半自动化提取,获得了长江中游城市群1987-2017年际建设用地产品。精度验证结果表明,本文提取的产品平均总体精度和Kappa系数分别高于96%和0.75。与已有的30米土地覆盖产品相比,本文提取产品在精度上与其他产品相似但具有更好的空间细节表现力。（2）基于提取的时序建设用地数据,利用数理统计分析、GIS空间分析和景观分析方法,从区域、地级市和格网三个尺度分别探究了长江中游城市群城市扩展过程（增长类型、速度和强度、方向和模式）与格局（破碎度、复杂度和聚集度）的总体时序特征以及空间分异。结果发现:规模演变上,1)长江中游城市群近三十年建设用地呈指数型增长且不同城市间不存在明显空间分异。2)长江中游城市群城市扩张按照速度和强度经历了双低速—低高速—中高速—双高速四个阶段,时间节点分别为1998、2006和2009年;四个阶段城市扩展快区分布由江汉平原以及洞庭湖平原以西—长株潭及其周边—武汉城市圈东部地区—整个区域转移,且中小城市的扩展速度逐渐超过大城市;格网尺度的扩张速度和强度热点分布演变表明,武汉城市圈和长株潭城市群总体分别形成单核圈层式和面状发展模式,而鄱阳湖城市群目前尚未成型。空间特征演变上:3)过去三十年城市扩张模式均以边缘式扩张为主且呈显著上升趋势,填充式和飞地式扩张为辅但无显著变化趋势;不同城市的主导扩展模式不存在空间分异。4)城市群新增建设用地主要沿“西北—东南”轴线分布,扩展轨迹从西北逐渐向东南移动,但不同城市间均存在明显的城市主导扩展翼。景观格局演变上:5)长江中游城市群建设用地景观格局破碎度连续下降了33.01%,而复杂度和聚集度分别连续上升了32.50%和28.25%,表明长江中游城市群城市开发总体在逐渐走向集约型发展;城市景观格局变化分布存在空间分异,其中,江汉平原和洞庭湖平原西部景观破碎度呈上升趋势,以九江和长沙连线为界的右侧区域景观复杂度增加幅度高于左侧区域,而聚集度和连通度增加幅度较大的区域主要集中在东北和东部地区。（3）从供需关系入手分析了城市扩张的理论驱动机制,基于统计数据和地理空间数据,利用面板数据模型、Logistic回归模型、广义加性模型以及地理加权逻辑回归模型,分别从社会经济和地理空间角度探究了影响长江中游城市群城市规模和扩展方向的主要驱动力及其作用的时空演变。结果发现,引起长江中游城市群建设用地规模增加的主要原因为基本建设投资,且政府通过财政预算支出促进基本建设投资,进而推动建设用地规模增长;人口流动对其增长具有显著抑制作用,与其他三个沿海发达城市群存在差异;基本建设投资具有持续影响,而房地产开发投资在最近时间逐步在大城市开始产生影响;不同等级城市驱动因素存在异质性。影响建设用地扩展方向的全局影响因素以社会区位为主,自然区位为辅,且不随时间变化;江汉平原主要受地形条件的影响,鄱阳湖和洞庭湖平原则主要受水域的影响,西北、中部、东北和东部地区总体上均受交通基础设施的影响最大;随着时间的推移,自然环境对城市扩展的约束作用逐渐在减小,道路对城市扩展方向的影响范围在2000-2017年总体在扩大,表明交通基础设施对城市空间形态具有引导作用。（4）将地理加权逻辑回归得到的城市发展适宜性表面与标准排除层结合,基于生成的新排除层对SLEUTH模型进行校正,实现了顾及驱动因子作用空间异质性的城市增长模拟;以武汉城市圈为例,设计不同情景,对未来可能的城市空间增长进行了预测。结果表明,耦合的GWLR-SLEUTH模型的校正指标和精度验证指标均优于标准SLEUTH模型和LR-SLEUTH模型,证明了引入地理加权回归模型能够提高SLEUTH模型的预测精度。通过比较不同情景下的预测结果,得出武汉城市圈在“按未来空间规划政策发展”和“生态可持续发展”情景下土地消耗将分别减少9%和26%,表明在未来城市规划政策指导下的城市发展可以减轻土地消耗程度;更严格生态用地约束条件下的预测规模最小,说明武汉城市圈的城市化仍将以消耗耕地为主。未来进一步结合城市增长模型与水文模型探索长江中游流域城市扩展对水循环的影响将具有极强的实际意义。