La rápida expansión de la tierra urbana ha alterado los tipos de uso/cobertura del suelo (LULC), afectando las temperaturas de la superficie terrestre (LST) e intensificando el efecto de isla de calor urbano (UHI), una consecuencia prominente de la urbanización. Este estudio, que se centra en Harbin, una ciudad representativa en una región fría, emplea el modelo de simulación de uso del suelo generador de parches (PLUS) para predecir los cambios en LULC y un modelo de memoria a largo y corto plazo bidireccional (Bi-LSTM) para predecir LST. El modelo PLUS exhibe una alta precisión de predicción, evidenciada por su coeficiente de FoM de 0.15. Y el modelo Bi-LSTM también logró una alta precisión, con un valor de R2 de 0.995 y 0.950 y un error cuadrático medio (RMSE) de 0.199 y 0.390 para las predicciones en invierno y verano, respectivamente, superando los métodos existentes. Este estudio analizó las tendencias en LULC, LST y el índice de varianza del campo térmico urbano (UTFVI) para evaluar las relaciones entre LST, LULC y UTFVI. Los resultados muestran que la tierra urbana aumentó en un 27.81%, y los bosques y praderas disminuyeron en un 61.07% de 2005 a 2030. Las áreas con altas temperaturas aumentaron en un 40.86% en invierno y un 60.90% en verano. La proporción de la zona de UTFVI medio (0.005-0.010) en la tierra urbana aumentó en un 50.71%, y la proporción de áreas con valores de UTFVI medio y superiores (>0.005) disminuyó a una tasa del 84.70%. Este hallazgo sugiere que el área afectada por el UHI ha disminuido, mientras que la intensidad del UHI en algunas regiones ha aumentado. Este estudio proporciona una referencia técnica para el futuro desarrollo urbano y la gestión del entorno térmico en regiones frías.