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地表温度(Land Surface Temperature,LST)及其年变化或年际变化在气候变化、城市热岛以及陆地-大气能量交换等研究中扮演着重要角色。自遥感技术兴起以来,卫星传感器积累了大量的热红外数据并得到了广泛的研究与应用。卫星传感器获取的是瞬时地表温度,而在气候变化、水文学等研究中,每日、每月或每年的平均地表温度比瞬时地表温度更令人关注,因为它们是长期监测全球温度的关键指标。此外,卫星的重返周期和云的遮挡会造成地表温度数据的严重缺失,不利于计算日均地表温度。针对上述问题,本文提出了利用MODIS观测时刻的瞬时地表温度来估算日均地表温度,探索了地表温度的年际变化规律,揭示了2000-2019年全球地表温度年际变化趋势。主要研究内容包括以下几个方面:(1)日均地表温度遥感估算。基于全球分布的208个地面站点的实测数据,构建了日均地表温度估算模型,提出了利用MODIS每日2-4次有效观测的瞬时地表温度估算日均地表温度的算法。地面验证结果表明:MODIS地表温度数据估算日均地表温度的精度为2.22K,说明该算法具备精确估算日均地表温度的能力。(2)地表温度年变化模型的对比分析与发展。三参数和五参数的地表温度年变化模型(ACP3和ACP5)的对比结果表明,ACP5模型整体上优于ACP3模型。对于大多数样点,两个模型拟合精度相似;对于赤道附近的样点,两个模型表现都较差;位于南极和部分中纬度地区的样点,ACP5模型的拟合精度明显优于ACP3模型。考虑到地表温度多年变化的连续性,基于ACP3和ACP5模型构建了地表温度多年变化模型(YYCD_ACP3和YYCD_ACP5),用于模拟日均地表温度的年际变化。使用8个代表性样点2014-2018年MODIS日均地表温度对YYCD_ACP3模型进行评价,结果表明:YYCD_ACP3模型可以准确地模拟地表温度的年际变化。对于热带和极地地区的样点,YYCD_ACP5模型的拟合精度明显优于YYCD_ACP3模型。(3)2000-2019年全球地表温度年际变化趋势分析。基于MOD11C1和MYD11C1地表温度产品,利用日均地表温度估算方法和YYCD_ACP5模型获取了2000-2019年全球日均地表温度产品和年均地表温度、振幅和相位。通过Theil-sen斜率和Mann-Kendall显著性检验方法,揭示了近20年全球LST的年际变化趋势,确定了全球年均地表温度、振幅和相位发生显著上升和下降的区域。年均地表温度与年均归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、年均土壤含水量、年累积降雨量和年均气溶胶光学厚度的相关性分析结果表明:年均地表温度与年均NDVI相关性最大,与其他几个地表参数的相关性较小。总体而言,本文提出的日均地表温度的遥感估算方法可以更准确地估算日均地表温度,地表温度多年变化模型可以有效地模拟地表温度的年际变化,有望在地表温度年际变化趋势及其他实际应用中发挥巨大潜力。