地表温度是表征地表能量平衡和气候变化的重要指标，也是研究区域和全球尺度陆地表面生物、物理和化学过程的关键参数之一。相比传统的实地单点测量方式，卫星遥感技术为实时快速获取大尺度地表温度提供了新的途径。传统地表温度反演模型以固定气溶胶类型和含量，以及晴空无云条件作为理论基础，因而大大限制了其适用范围和反演精度。本论文分析了不同气溶胶类型和含量，以及高空薄云条件下地表温度的反演误差，然后建立了沙尘气溶胶和高空薄云下地表温度反演误差改正模型，并从理论上将传统地表温度反演模型拓展到高空薄云存在时的大气条件下。本论文的主要工作如下:　　(1)考虑沙尘或对流层气溶胶影响的海面温度反演或误差改正算法早已提出。陆地表面由于其复杂性和特殊性，一直没有出现考虑各种气溶胶影响的业务化运行的地表温度反演算法。本论文首先分析了各种气溶胶类型和含量对地表温度反演的影响，提出在通用劈窗(GeneralizedSplit-Window, GSW)算法的基础上加入改正项，即利用气溶胶光学厚度改正沙尘气溶胶造成的地表温度反演误差。通过该方法可显著提高现有地表温度反演算法在沙尘气溶胶含量较高时的反演精度。地面实测数据检验表明，本算法可提高GSW算法在沙尘气溶胶天气条件下的反演精度至少1K。　　(2)高空薄云由于其极低的温度，较小的光学厚度即能显著降低传感器观测的星上亮温，并对地表温度的反演造成很大影响。但是由于其复杂的微物理学属性和多变的分布特征，一直困扰着云下地表参数和大气温湿廓线的反演。本论文通过将高空薄云存在时的垂直空气柱切割为下层无云大气和受高空薄云影响的上层大气，并假设传统的双通道算法可用于传感器位于云底的地表温度反演，利用两个双通道算法即可消去大气辐射传输方程中高空薄云的影响。基于此构建了包含中红外通道的，综合考虑高空薄云光学厚度、等效粒径和云顶高度变化的非线性三通道夜间地表温度反演算法。结果表明利用本算法可反演得到精度约为2.8K的地表温度，相比传统双通道算法大于10K的反演误差，反演精度得以极大提高。利用五大湖浮标实测数据验证表明，本算法反演得到的湖面温度精度优于2.8K。　　(3)在沙尘气溶胶地表温度反演误差改正算法的启发下，提出了高空薄云条件下GSW算法的拓展算法。该算法利用以高空薄云光学厚度为线性函数的改正项来改正高空薄云造成的地表温度反演误差。通过构建高空薄云双向反射率查找表，利用MODIS云产品提供的高空薄云双向反射率即可内插得到高空薄云光学厚度。而改正项的斜率利用MODIS第31到34通道星上亮温，劈窗通道发射率之差的线性函数计算得到。模拟数据表明，本算法可将高空薄云造成的垂直观测情况下的地表温度反演误差由11.0K减少为2.2K。同时湖面实测温度数据也证明本算法可提高GSW算法的反演精度至少1.5K。