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地表温度(Land Surface Temperature，LST)是区域和全球地表物理过程中的重要因子，在地表和大气交互能量交换中起重要作用，对地表能量平衡的研究以及气候、生态、水文以及生物学等学科研究都有重要意义。快速、准确地获取区域尺度和全球尺度下的地表温度信息一直是地球科学研究领域的热点问题。基于热红外遥感的地表温度反演模型已经具有较高的精度，但是热红外遥感容易受到天气等条件影响。被动微波遥感以其全天候、多极化等特点在地表温度反演的研究中表现出了巨大的潜力。 本文依托国家自然科学重点基金“全天候长时间序列观测角度和时间归一的地表温度遥感反演方法研究”(41231170)，基于辐射传输方程，建立一个适合星载被动微波遥感的只依赖通道亮温的地表温度反演模型。围绕这一研究目标，本文主要开展了以下几个方面的工作: 首先为分离目标辐射和大气效应，建立了基于大气可降水量的大气参数估算模型。基于辐射传输方程，提取出需要定量计算的大气参数，通过全球946条晴空大气廓线数据和单色辐射传输模型(Monochromatic Radiative Transfer Model，MonoRTM)构建大气亮温、大气透过率等大气参数数据库，建立了基于大气可降水量的大气参数估算模型。通过张掖国家气候观象台实测大气廓线数据验证，模型具有较高的精度。 基于大气参数估算模型和大气可降水量估算模型，建立了只依赖通道亮温的被动微波遥感地表温度反演模型。本文构建了一个只依赖18.7GHz和23.8GHz的H极化两通道亮温差和地表发射率的大气可降水量估算模型，结合大气参数估算模型和大气可降水量估算模型，联立18.7GHz和23.8GHz的H极化辐射传输方程组，建立了适定的地表温度反演模型，通过Levenberg-Marquardt算法求解，与同期MODIS地表温度产品相比模型的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为4.79K。 建立了适用于被动微波的可探测深度估算模型，为讨论基于可探测深度的地表温度提取奠定基础。通过比较主被动微波遥感工作方式的差异，证明穿透深度模型并不适用于被动微波遥感。基于辐射传递理论建立了适用于被动微波的有效深度估算模型，讨论了有效深度模型的主要特性，并构建了只考虑土壤含水量、微波辐射计中心频率和亮温灵敏度的简化模型，与理论模型相比，简化模型的决定系数(R2)达到0.988，RMSE为0.147cm。被动微波有效深度的定量认识对于研究被动微波可探测深度对地表温度反演的影响具有重要意义。