快速的城市化、工业化进程对城市局地气候和生态环境产生了深远的影响，随着地表人工建筑物、构筑物的增加，以及自然景观的减少，城市下垫面性质的变化使得地表与大气间的水热循环发生变化，进而影响到城市的“热”环境系统，使越来越多的城市出现城市热岛现象。城市热岛效应引发的一系列能源、环境等问题已成为制约城市可持续发展的瓶颈。西安市位于黄河流域中部的关中平原，近年来在西部大开发和建设国际化大都市战略的推进下，城市范围不断扩张，热岛效应变化明显。本文以西安市2002年9月23日、2006年7月24日和2013年9月13日的LandsatTM/ETM+/OLI为主要数据源，在GIS技术和景观生态学理论的支持下，反演研究区的地表温度，提取研究区土壤调节植被指数（SAVI）、归一化差值水体指数（NDWI）和归一化差值建筑覆盖指数（NDBI），对地表温度归一化处理之后全面分析了不同年份、不同区县热岛强度的变化情况，最后利用特征剖面提取的方法对研究区城市热岛效应与植被、建筑覆盖及水体的关系进行研究。主要得出以下结论：（1）西安市存在城市热岛效应，并且热岛效应呈现增强趋势；西安市热岛区12年来呈现散点状-连片状-扩散转移状的变化特征，2002年热岛区散点状分布于主城区，2006年连片状覆盖主城区，而2013年城市热岛区由“市区”扩散转移到“郊区”。（2）本文研究区所辖各区县（除主城区），城市热岛效应12年来从无到有，并且呈增强趋势，其中以高陵县和临潼区增加最多。（3）城市热岛与水体和植被存在负相关关系，与城市建设区存在正相关关系，所以，适当增加绿地、保护水体、控制城市建设区扩张对于缓解城市热岛效应具有积极作用。