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Las aproximaciones para estudiar el fenómeno urbano son esencialmente disciplinarias y reduccionistas, siendo necesario sustituirlas por modelos y principios que correspondan de mejor manera con los enfoques de la sustentabilidad. Una forma de acercarse a la comprensión más holística del fenómeno urbano, consiste en la identificación, clasificación y explicación de sus patrones y procesos en el tiempo y el espacio. En este contexto se estudia la dinámica espaciotemporal del crecimiento urbano de dos ciudades medias chilenas, Chillán y Los Ángeles, ubicadas en la VIII región del Biobío, mediante un modelo prospectivo del cambio uso de suelo que integra sistemas de información geográfica (SIG), percepción remota y técnicas de simulación espacial. Con los resultados del modelo se realiza una evaluación ambiental de los impactos en la intensidad de la isla de calor urbana, cambios en el coeficiente de escorrentía superficial y la estimación de pérdida de suelo agrícola entre 1978-2048. Este enfoque propuesto, con un fuerte énfasis metodológico y aplicado, permite plantear desafíos a un público interesado en el desarrollo de la disciplina geográfica, el urbanismo y las ciencias ambientales, así como igualmente dar orientaciones a la política pública de modo de lograr ciudades más sustentables.