自2015年起海绵城市建设与改造工程在全国各地如火如荼地开展。以广泛渗透性铺装及加强绿化为代表的海绵城市下垫面改造措施或具有提升城市热环境的积极作用。本研究以青岛市李沧区为例，根据局地气候区分类建立样本区与对比区，利用Landsat影像结合实地调研，分析海绵城市改造后夏、冬地表温度的时空变化特征及其影响因子。结果表明：（1）雨后浸润条件下，透水铺装良好的渗透性和储水性可显著降低地表温度，但晴朗干燥条件下，因材料本身热物理特性的限制，地表温度并无显著变化甚至局部温度有所升高；（2）自然地理条件对海绵化措施的夏季降温性能有较为微妙的影响，在本研究中表现为海陆位置与高程差的制衡作用；（3）海绵城市改造具有一定的缓解夏季热岛的功能，改造后夏季低温和中低温区的比例由56.04%上升至60.56%，中高温和高温区的比例由6.15%下降至4.52%；（4）改造后冬季地表温度的整体空间分布趋向均匀，极端低温区减少，部分城市冷岛得到明显改善，有助于缓解道路结冰；（5）对同类型局地气候区（LCZ 2）的横向对比发现，海绵化改造区与非改造区形成显著的热环境差异。本研究定量地评估了海绵城市下垫面改造措施的局地气候提升效应，有助于海绵城市建设的跨学科优化与利用。