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地表能量通量是表征地气相互作用的重要参数，在气候研究、天气预报和土地利用等方面都有广泛的应用。研究我国北方半干旱地表能量通量分布特征和季节变化，有助于分析不同土地利用对区域能量和水分循环的影响，可以更科学地理解我国北方地区面临的较严重的干旱化问题。
卫星遥感是研究区域地表能量通量的有效手段。不过遥感估算地表能量通量时常常将地面观测气象数据作为输入，这对于大范围地表能量通量的反演存在局限性：一方面气象站点稀少的地区会缺少地面气象观测资料，另一方面地面观测资料与遥感数据存在时间和空间尺度上的匹配问题。MODIS遥感数据可提供比较详细的大气和地表特征，为仅用遥感数据估算地表能量通量创造了条件，也能减少由于使用不同仪器数据带来的误差。
基于地表能量平衡原理，利用MODIS陆地和大气产品，给出了一套不需要地面观测气象数据，而仅用卫星遥感数据来计算晴空条件下半干旱地表净辐射通量、土壤热通量、感热通量和潜热通量的计算方案。
对于地表净辐射通量，利用参数化方案计算地表向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射和向上长波辐射四个能量收支分量，地表瞬时净辐射则根据这四个能量收支分量计算得到；此外，还利用正弦模型将瞬时净辐射转换为日净辐射。根据退化草地和农田地面观测数据评估了参数化方案输入参数、四个能量收支分量和净辐射的精度，验证表明仅用MODIS数据能有效计算净辐射通量：方案估算的草地和农田净辐射通量均方根误差达到47.5和49.2 W·m-2，剔除被云污染的数据后日平均净辐射均方根误差为20.4和22.1 W·m-2，结果优于国内外同类研究的精度。
对于土壤热通量，提出了一种基于地表温度的计算方案，并就此方案与另外两种应用比较广泛的基于卫星遥感数据的计算方案，对土壤热通量的计算进行了对比分析。参照草地和农田地面实测的土壤热通量数据，三种方案的试验结果表明论文提出的根据MODIS地表温度估算土壤热通量的计算方法得到的土壤热通量精度最高，而基于归一化植被指数NDVI、地表反照率、地表温度和净辐射通量的计算方法也能得到精度相当的土壤热通量，特别是它得到的可利用能量精度最高，比较适合较大区域尺度上土壤热通量的遥感计算。
对于潜热通量和感热通量，由S-SEBI模型根据MODIS地表温度和地表反照率的散点图推算蒸发比率，结合净辐射和土壤热通量得到潜热通量，再根据能量平衡方程得到感热通量；同样利用正弦模型计算了日平均潜热通量和日平均感热通量。通过对比由三种土壤热通量方案得到的潜热通量和感热通量，发现MODIS估算的土壤热通量的误差大小对潜热通量和感热通量的计算精度有重要影响，主要原因是MODIS估算潜热通量和感热通量是基于能量平衡原理，但地面观测存在能量不平衡现象。正弦模型能较好地模拟晴空条件下潜热通量和感热通量的日变化，并能有效估算日平均潜热通量和日平均感热通量。
在得到日平均地表能量通量的基础上，研究了2004年7月到11月研究区域(43.7～45.4°N、121.0～124.5°E)的植被指数、净辐射通量、潜热通量和感热通量月平均值的分布特征，发现区域能量通量呈现明显的月变化，且能量通量的区域分布与地表特征有较好的相关。
通过本文的研究，建立了一套实用的仅利用卫星遥感数据估算晴空半干旱区域地表能量通量的方案，为获得我国北方半干旱地气界面通量交换特征提供了有效途径。