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地表温度是地-气系统中能量收支和水循环等物理过程重要的驱动参量，广泛应用于气候变化、灾害监测、城市规划和军事侦察等领域。遥感方法可以实现区域和全球尺度上地表温度的反演，但是现有的地表温度产品精度仍存在较大不确定性，未考虑地表热辐射方向性。地表热辐射各向异性是地表非均质非同温特性造成的，对其建模是实现地表温度角度效应归一化的有效手段。目前，已有的热辐射方向性模型存在的问题包括:1）建模时没有考虑植被聚集指数;2）现有的大多数热辐射方向性模型只能进行瞬时模拟，需要地表组分温度作为输入;3）目前仍旧没有一套完善的角度效应归一化方法用于地表温度产品的业务化运行。热辐射方向性模型的不足，也限制了组分温度反演的发展。 针对上文提到的问题，本文以植被冠层热辐射方向性为研究对象，从建模和反演两个方面开展了研究。论文的主要工作和成果如下: (1)基于机载红外多角度观测，提出了叶片、光照土壤和阴影土壤的温度反演方法。在解析辐射传输模型FR97的基础上，引入光照土壤和阴影土壤的可视比例计算组分有效发射率，结合贝叶斯优化算法，反演了叶片、光照土壤和阴影土壤的温度。地面测量和遥感反演结果均表明土壤光照和阴影部分的温度差异达5℃。反演方法间对比发现三组分的温度反演方法比两组分的温度反演方法更准确，而且比四组分的温度反演方法更稳健。 (2)提出了考虑植被聚集指数的四组分热辐射方向性模型。在(1)的基础上，将三组分的FR97模型拓展到四组分。随后，基于植被的空间分布特征引入植被聚集指数。与TRGM模型模拟结果和地面测量数据对比表明:考虑了植被聚集指数后，拓展的FR97模型可适用于行播作物和离散森林场景;考虑了叶片光照和阴影部分的温度差异后，拓展的FR97模型对热点的模拟比三组分的FR97模型更准确。 (3)构建辐射传输与能量平衡的一体化模型。由于复杂地表的温度分布难以基于试验方法准确获取，因此本文将3维辐射传输模型(TRGM)与能量平衡方法耦合，进行地表温度分布和冠层方向亮温的协同模拟。基于机载WIDAS红外多角度数据对该模型进行了验证，结果表明:在浓密玉米冠层，模拟的亮温角度效应与测量结果间的决定系数大于0.6，均方根误差小于0.32℃。 (4)基于可见光、近红外波段与热红外波段数据的回归关系，提出了地表亮温角度效应归一化半经验方法。由于卫星热红外观测信息和地面先验知识的局限，已有的多数热辐射方向性模型难以应用于卫星数据处理。引入可见光、近红外波段数据和模型有助于刻画亮温的角度特征。因此，本文提出了基于植被指数、亮度因子与地表亮温局部回归关系的角度效应归一化方法，并探讨了该方法进一步简化的可行性。基于机载WIDAS红外多角度数据对该方法进行了验证，结果表明:该半经验方法的角度效应归一化效果优于其他参数化或核驱动方法，如Vin nikov和RL方法。 本文在热辐射方向性建模上的改进，将有助于理解组分温度、发射率和冠层结构与冠层方向亮温的关系，为地表温度反演工作提供理论依据。另一方面，亮温角度效应归一化方法将为解决地表温度产品角度效应提供参考。