Aunque la investigación relacionada con el fenómeno de la isla de calor urbana (UHI) ha aumentado significativamente en los últimos años, todavía hay una falta de reconocimiento continuo y claro del efecto de gradiente potencial en la relación UHI-paisaje dentro de grandes regiones urbanizadas. En este estudio, elegimos la región de Beijing-Tianjin-Hebei (BTH), que es una aglomeración urbana de gran escala en China, como área de estudio de caso. Examinamos la relación causal entre la variación de la temperatura de la superficie terrestre (LST) y las características de la superficie subyacente utilizando datos de cobertura terrestre multitemporales y la temperatura media de la superficie terrestre en verano (LST) como variables analizadas. Este estudio también discutió el rendimiento del modelado al cuantificar su relación desde una perspectiva de gradiente espacial (el tamaño de la cuadrícula varió de 6 a 24 km), comparando los métodos de mínimos cuadrados ordinarios (OLS) y regresión ponderada geográficamente (GWR). Los resultados indican que: (1) tanto el análisis OLS como el GWR confirmaron que la composición de la tierra construida contribuye como un factor esencial responsable del fenómeno UHI en una gran región de aglomeración urbana; (2) para el OLS, la relación modelada entre la LST y su factor impulsor mostró un efecto de gradiente espacial significativo, cambiando con diferentes cuadrículas de análisis espacial; y, (3) en contraste, el uso del modelo GWR reveló un rendimiento considerablemente robusto y mejor para acomodar la no estacionariedad espacial con una menor dependencia de escala que la del modelo OLS. Este estudio destaca la significativa heterogeneidad espacial relacionada con el efecto UHI en áreas de aglomeración urbana de gran extensión, y sugiere que el efecto de gradiente potencial y la incertidumbre inducida por diferentes escalas espaciales y el uso de metodologías deben ser considerados al modelar el efecto UHI con la urbanización. Esto complementaría el estudio actual del UHI y sería beneficioso para profundizar la comprensión y la iluminación de la planificación del paisaje para la regulación del UHI.