【目的】城市化进程影响下，城市内部热环境的空间分布不均导致植物物候的空间异质性突出。秋色盛期作为落叶树种生长季的终点，其空间异质性对于城市植被的年周期固碳量及整个城市生态系统的初级生产力具有重要影响，同时会引起秋季季相景观的空间变化，是监测城市生态及景观动态的一个关键角度，值得深入探究。本研究以此为切入点，旨在揭示北京城市环境中秋色盛期的空间异质性特征及其对下垫面热环境的响应。【方法】本研究以北京主城区西北城郊梯度上9处公园绿地中的5种秋色叶树种为研究对象，基于地面物候观测对2017—2019年的秋色盛期数据进行采集，基于MODIS地温反演对样地热环境数据进行采集，对秋色盛期空间差异及其与秋季热环境的相关性进行分析。【结果】（1）北京主城区各树种的秋色盛期整体发生于10月中旬至12月上旬、集中于11月上中旬，由早到晚依次为洋白蜡、元宝枫、银杏、水杉、旱柳，且银杏雌株的秋色盛期显著早于雄株。（2）各树种秋色盛期整体上由二环—三环—五环—五环外逐渐提前，城郊物候天数差异达（10.1±0.3） d；样地间物候期整体差异显著，尤其四环外样地的秋色盛期显著早于三环内。（3）各树种秋色盛期与样地秋季平均地温（LST_a）呈显著正相关（P <0.01），表明北京主城区内秋季地表热量的大量积累会导致秋色盛期延后；各树种秋色盛期对LST_a空间差异的响应敏感度平均为（4.11±0.83） d/℃，以洋白蜡和水杉响应最为敏感。【结论】北京主城区的秋色盛期表现出对城市秋季热环境空间差异的显著响应，城市热岛效应是未来气候变化的一个缩影，城市环境中物候期对热环境空间差异的响应可反映未来气候变化对植物物候的潜在影响，即具有“空间代替时间”的研究价值。