城市蔓延是一种低密度、非连续的城市化现象，严重威胁城市的可持续发展。基于夜间灯光数据识别2005—2020年长江流域建成区范围，构建多维度长江流域城市蔓延指标体系，定量化分析长江流域城市、城市群及流域三个尺度城市蔓延的时空特征和未来演化趋势。研究表明：①2005—2020年，长江流域城市蔓延速度整体呈下降的趋势。其中，密度维和形态维的城市蔓延速度呈上升趋势，结构维、效率维和品质维的蔓延速度呈下降趋势。②2005—2020年，长江流域城市蔓延效率以波动减少和持续下降为主，波动增加和持续上升次之。③2005—2020年，长江流域Ⅰ型小城市，Ⅱ型小城市和成渝城市群发展均衡性逐渐下降，其余类型城市发展均衡性均呈上升趋势；④2005—2020年，长江流域城市蔓延模式主要以边缘蔓延为主。飞地式蔓延斑块数量占比逐年降低，边缘式蔓延、填充式蔓延斑块数量占比逐年增加。⑤2025—2040年，长江流域不同尺度城市蔓延模拟面积均呈持续增长的趋势，但城市蔓延面积占比呈现波动趋势。长江上游流域城市蔓延面积占比上升了1.86%，而长江下游流域和长江中游流域占比分别下降了1.56%和0.30%；长江中游城市群下降了1.95%，长三角城市群下降了1.63%，成渝城市群下降了1.15%；特大城市、超大城市、Ⅰ型大城市的城市蔓延面积占比均呈下降趋势，Ⅱ型大城市、中等城市、Ⅰ型小城市、Ⅱ型小城市城市的城市蔓延面积占比均呈上升趋势。本文为长江流域高质量发展和国土空间规划提供了科学依据与参考。