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作为一种重要的地表过程，城市群的形成与发展是现代城市化进程的重要特征，也是21世纪世界城市发展的重要趋势。改革开放以来，中国已经并正在经历一个大规模的城市化过程。以长江三角洲、珠江三角洲和京津冀为代表的中国三大城市群快速形成，并成为了当前中国社会经济最发达、最具国际竞争力的地区。认识中国三大城市群地区城镇用地扩展的过程、模式和驱动机制，寻求中国三大城市群地区资源节约和环境友好的可持续土地利用途径，无疑具有重要的理论意义和积极的现实意义。但目前利用遥感数据从宏观尺度上对中国三大城市群地区城镇用地空间扩展过程的比较性研究还较为缺乏。因此，本文发展了一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据的提取城镇用地信息的新方法，并利用该方法，采用1992-2002年的DMSP/OLS夜间灯光时间序列数据，对同期中国三大城市群城镇用地扩展的过程、模式和驱动机制进行了系统性的比较研究。
首先，利用遥感和GIS技术，针对现有城镇用地信息获取方法的缺陷，发展了一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据获取城镇用地信息的分层阈值法。进而利用该方法，采用1992、1996、1998和2002年的四期DMSP/OLS稳定灯光平均可见图像，提取同期中国三大城市群地区的城镇用地信息。然后，系统比较分析1992-2002年中国三大城市群的城镇用地扩展过程，并在GIS的支持下，分别从现有大中城市周围的城镇用地面状扩展、沿交通干线的城镇用地线状扩展和小城镇周围的城镇用地点状扩展三个角度，比较分析1992-2002年中国三大城市群地区城镇用地扩展的空间模式。最后，结合社会经济统计数据，采用定性与定量相结合的方法，在宏观、中观和微观三个尺度上进一步比较分析了1992-2002年中国三大城市群地区城镇用地扩展过程的驱动机制。主要结论如下：
(1)本文提出的分层阈值法优化了阈值求解过程，提高了寻求最优阈值的效率，可以比
较有效地快速提取城镇用地信息。对基于分层阈值法从2002年DMSP/OLS稳定灯光平均可见图像中提取的城镇用地信息进行精度评价，结果表明，该方法是比较可靠的。从数量上看，灯光数据提取结果与同期城镇用地面积统计数据基本一致，全中国大陆尺度的相对误差小于2％，省级尺度的相对误差都在12％以内；从空间格局上看，灯光数据提取结果与Landsat ETM+数据展示的城镇用地分布情况基本吻合，与土地利用数据提取结果也较为相似。
(2)从数量上看，在1992-2002年间，中国三大城市群地区都经历了一个城镇用地快速扩展的过程。其中，长江三角洲和珠江三角洲城市群比京津冀城市群的城镇用地扩展更为显著。具体而言，表现为：(i)从扩展面积来看，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀城市群的城镇用地扩展面积依次为7582km2、3542km2和6824km2，分别占各自土地总面积的7.56％、6.47％和3.69％。(ii)从扩展速度来看，在1992-1996、1996-1998和1998-2002三个时段中，中国三大城市群的城镇用地扩展在1992-1996年间最为迅速，此后基本上都呈逐渐降低趋势。其中，长江三角洲城市群扩展速度最快，珠江三角洲城市群次之，京津冀城市群最慢。(iii)从扩展强度来看，中国三大城市群的城镇用地扩展强度都经历了一个先减小后增大的过程，但总体趋势都依然是减小。其中，珠江三角洲城市群的城镇用地扩展强度变化最为显著，长江三角洲城市群次之，京津冀城市群最不明显。
(3)从空间上看，在1992-2002年间，中国三大城市群城镇用地扩展主要表现为面状、线状和点状扩展三种基本模式。在中国三大城市群中，城镇用地面状扩展在三种城镇用地扩展模式中都是居于绝对的优势地位，所占比例都在90％以上，而城镇用地的线状和点状扩展量则都相对较小。城镇用地面状扩展最为明显的是珠江三角洲城市群，线状扩展最为明显的是长江三角洲城市群，点状扩展最为明显的是京津冀城市群。在中国三大城市群中，城镇用地面状扩展比例和强度都随距离增加而递减；长江三角洲和京津冀城市群的城镇用地线状扩展比例和强度也都随距离增加而递减，但珠江三角洲城市群则并无类似趋势。
(4)从机制上看，中国三大城市群城镇用地扩展是国家政策、社会经济和区位条件综合作用的结果。具体而言，表现为：(i)在宏观尺度上，国家发展战略、对外开放政策和土地管理政策等政府行为从根本上决定了中国三大城市群城镇用地扩展的趋势和方向。(ii)在中观尺度上，经济发展、人口规模、交通状况和投资额度等社会经济因素驱动着中国三大城市群城镇用地的扩展。其中，对长江三角洲、珠江三角洲和京律冀城市群城镇用地扩展驱动作用最大的社会经济因子分别是客运总量、住宅建设用地投资额和货运总量。(iii)在微观尺度上，地形、市场、交通和水源等因素的区位条件也影响着中国三大城市群城镇用地的扩展。其中，对长江三角洲城市群城镇用地扩展影响作用最明显的区位因素是地形，对珠江三角洲和京津冀城市群城镇用地扩展影响作用最明显的区位因素是交通。