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地表温度是表征陆地表面能量平衡和气候变化的重要指标，也是研究区域尺度和全球尺度陆地表面物理过程的关键参数之一，在气象、地质、水文、生态等众多领域有着广泛的应用需求。
地表温度的反演是热红外遥感面临的最重要的内容之一，但也有很多困难，必须研究新方法和新数据的应用。本文从一般的温度反演入手，分别研究发展了针对三种各具特点传感器的地表温度反演算法。首先使用欧洲静止卫星和机载高光谱热红外数据研究分离地表温度和发射率的算法，然后针对环境减灾小卫星中红外和热红外波段开发设计了火点检测算法。
论文中提出了将欧洲第二代静止气象( Meteosat Second Generation，MSG)卫星数据与DEM数据、欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)提供的大气廓线数据、能见度数据及海陆分界数据等多种数据结合，集成温度日变化模型( Diunal Temperature Cycle，DTC)、温度独立光谱指数、BRDF核驱动模型、普适性劈窗算法和单通道算法反演地表温度和比辐射率的方法。对比了劈窗算法和单通道算法在静止气象卫星数据反演温度的差异，结果表明两者温差在2K以内。
在上述方法的基础上，采用实测大气廓线数据，开展了机载高光谱数据地表比辐射率与地表温度反演研究。与实测温度相比，水体温度和植被温度反演误差大部分在1K以内，但日间土壤温度反演误差较大，大约在2K以内。
最后，针对中国2008年发射的环境减灾小卫星HJ-1B，在MODIS(The ModerateResolution Imaging Spectroradiometer)数据火点检测算法的基础上，提出了适用于HJ-1B数据的火点检测算法，开展了亚像元火点温度与面积反演研究。考虑到MODIS数据多通道特性，本文还提出了采用MODIS2.1μm和4.0μm通道联合反演亚像元火点温度与面积的方法，并与传统的MODIS4.0μm和11.0μm通道联合反演结果进行了对比验证。结果表明，本文所提出的方法在高温(≥800K)、大面积火(≥0.1％)时，反演精度要优于传统方法。