进入21世纪之后,中国城镇化进程不断加快,尤其是伴随着4个“五年计划”的全面、深入实施,中国社会经济快速发展,科技实力大幅提升,城镇人口增多,对土地的需求日益增加。作为城镇化最直观的空间体现,中国城镇用地迎来了高速、波动扩展期,带来诸多不可避免的生态环境问题。基于此背景,本学位论文选题为“中国城镇用地扩展及其对主要环境要素的影响”,以期为科学评估中国城镇用地扩展对环境的影响提供理论依据,为中国城市可持续发展提供科学数据支持。城镇扩展聚焦了土地利用变化的核心,对局部土地利用结构产生影响。基于中国科学院空天信息创新研究院构建的长时序土地利用数据库中的城镇用地动态数据,从全国、四大经济区域、省域和市域四个空间尺度全面、系统地剖析中国城镇用地扩展及其对土地资源的影响。结果发现:（1）中国城镇用地由2000年的32287.41km2增至67615.61km2,扩展1.09倍。（2）城镇扩展对耕地保护造成了持续性的压力,新增城镇用地67.09%源自对耕地资源的占用,其次是农村居民点与工交建设用地（占比19.80%）,约13.11%源自对林地、草地、水域和未利用土地的占用。（3）城镇扩展对耕地、农村居民点与工交建设用地的占用普遍存在于每个城市,在华北平原尤为显著;对林地、草地、水域和未利用土地的影响存在显著的空间差异性,其中:林地流转为城镇用地的现象集中分布在林地密集的长江中下游平原;草地流转为城镇用地在中国农牧交错带频现;城镇用地扩展对水域的占用常见于水系交织的东南沿海地区;对未利用土地的占用主要发生在西北内陆地区。综合考虑数据的可获取性、研究时段的一致性、指标的独立性和代表性等,遴选植被分布、地表温度和大气质量三项指标研究中国城镇用地扩展对自然环境要素的影响,数据来自美国国家航空航天局发布的MODIS产品和达尔豪西大学大气成分分析团队提供的年均PM2.5产品。基于对中国城镇用地扩展的剖析,分析多尺度下全域范围、原有城镇用地和新增城镇用地自然环境要素的动态,结果表明:（1）城镇用地扩展对大范围自然环境变化的影响不显著。全国植被覆盖度增加近1.67个百分点,PM2.5浓度下降3.27μg/m3,地表增温0.68℃。全国范围内,约73.33%的区域呈现植被覆盖度增加趋势、约48.30%的区域呈现PM2.5浓度降低趋势,约55.14%的区域呈现地表增温趋势。在四大经济区域、省域和市域尺度,自然环境要素的动态与全国尺度类似,植被分布整体趋于密集,大气质量略有改善,地表温度略有增加。（2）城镇用地扩展在小范围内对自然环境产生的影响较明显。原有城镇用地植被覆盖度增加0.81个百分点,地表增温0.89℃、PM2.5浓度高于行政范围23.22～31.19μg/m3。与原有城镇用地相比,新增城镇用地植被覆盖度下降（2.99个百分点）、地表增温（1.81℃）、PM2.5浓度上升（高于行政范围22.21～31.97μg/m3）更显著。（3）划分城市快速和慢速扩展区,识别城镇用地扩展模式,分析新增城镇用地三项自然环境要素变化的空间集聚特征,进一步揭示了中国城镇用地扩展对环境的影响,即:城镇用地扩展较快的区域,植被覆盖度减少、地表增温、PM2.5浓度增加的速度更快;城镇用地呈现减速型扩展时,自然环境要素受到的影响相对减少;城镇用地扩展占用耕地和建设用地为主的区域,植被覆盖度减少、地表增温、PM2.5浓度增加更显著。共有3个创新点:（1）构建城镇用地扩展及其对主要环境要素影响的研究框架,全方位、多角度、多尺度对中国区域开展系统性研究,明确了中国城镇用地扩展的基本特征,刻画了中国城镇用地扩展对土地资源的占用过程,概述了中国城镇用地扩展过程中主要自然资源要素的动态特征。（2）提出了中国城镇用地扩展模式的概念模型,将中国城镇用地扩展的模式识别为“持续加速”、“先减速后加速”、“先加速后减速”和“持续减速”4种,发现超大城市主要呈现减速型扩展,其他城市主要呈现加速型扩展。（3）对比发现植被分布对城镇用地扩展的响应最敏感,提出了中国城镇用地扩展过程中植被分布动态模式的识别方法,将中国的城市划分为“绿化型”、“退化型”、“原有城镇用地绿化型”、“城区退化型”和“原有城镇用地退化型”5种,发现中国的绿化政策极大促进了植被的保护,超过4/5的城市在原有城镇用地呈现较明显的植被覆盖度增加趋势,植被覆盖度降低较显著的城市主要位于生态环境脆弱的地区。同时,分析了中国城镇用地扩展过程中原有城镇用地、新增城镇用地和市域尺度地表温度与PM2.5浓度的易速变化特征。相关结果进一步印证了研究中国城镇用地扩展对环境的影响的必要性。