近年来，随着城市规模和城市人口的急剧扩张，城市中原有的下垫面被建筑、不透水面等所替代，以及人为热排放，改变了“土壤—植被—大气界面”之间辐射、水汽和热量等的交换平衡，尤其对于大城市，“城市热岛”现象尤为突出。其作为城市生态环境和城市气候学研究的前沿内容，已引起全世界和我国科学家的广泛关注。因此，快速准确地获取地表温度、深入研究城市热场时空分布规律、驱动因素及其演化机理，对于优化城市规划布局、改善人居环境、丰富相关学科的理论体系都具有重要的理论和现实意义。　　 本文以发展迅速的我国东部三大经济圈之一的“京津冀都市圈”为研究对象，充分考虑城市和区域环境的内在联系，在定量遥感和GIS技术的支持下，利用多年的LandsatTM/ETM+、ASTER、MODIS遥感影像反演地表温度，快速准确地获取与城市热环境密切相关的城市地—气界面的多个参量，结合常规气象观测数据、社会经济统计数据、国家基础地理信息数据，研究城市热环境的多尺度时空演变趋势和空间分布特征、热力景观格局特点及典型城市景观的热环境效应，探讨热环境成因机理及驱动机制。论文的主要研究内容和主要结论包括以下几点：　　 (1)结合常规气象数据及多源遥感数据研究北京—京津冀都市圈，这一城市—区域多时空尺度的热环境问题。探究不同空间区域范围热环境研究的数掘适用性。比较分析不同地表温度反演方法的差异，针对研究区特点适当简化算法。　　 本研究搜集北京21个气象站1981-2004共24年的月气象观测数据、京津冀地区22/23个气象站标准值月值数据、1957-2007年年值数据集、1957-2008年月值数据集中平均气温、平均气温距平、平均最高气温、平均最低气温及卫星过境当天的气象观测数据，分析城市热岛时空分布规律，并验证卫星遥感影像反演的数据精度。　　 在深入全面总结了国内外在地表温度遥感反演研究等方面的理论和实践进展基础上，根据不同研究区特点，根据Landsat TM/ETM+、ASTER、MODIS遥感影像数据特点分别采取单通道算法、劈窗算法、温度比辐射率分离(TES)算法定量反演地表温度，并基于ERDAS的模型图构建单通道算法、劈窗算法，基于IDL实现了温度比辐射率分离算法。　　 (2)通过气象数据、多源遥感获取的温度信息，揭示北京—京津冀都市圈地区热环境的分布格局及时空演变规律。　　 气象数据分析可知，北京1981-2004年冬季和夏季的气温均由北京市中心向西北方向显著递减，最大温差约为7℃。冬季和夏季均出现城市热岛现象，且呈逐年增强趋势；冬季热岛效应强于夏季。对京津冀地区气象数据分析得出近50年该地区所统计的各项气温指标的增温态势十分明显，季节上呈现非对称性，冬季升温趋势大于全年和夏季。　　 利用标准化处理后的地表亮温数据分析北京城市热岛时空演变，得出1999-2006年该地区城市热岛现象呈现加重趋势。温度有明显的城区＞近郊＞远郊的分布规律，高温区多出现在CBD、道路交通密集区，而低温区多出现在公园绿地、水域等区域。　　 利用MODIS温度产品，分析京津冀地区白天热环境变化强于夜间。对2001～2007年热环境变化分析得出白天温度变化强于夜间。其中白天，冬季温度增强，夏季则减弱；夜间，冬季温度略有增强，夏季几乎没有变化。按照行政区统计的温度差异较大。　　 (3)结合景观生态学及空间统计理论，分析热力景观格局并对其进行探索性空间分析。　　 以TM/ETM+1999、2001、2003、2006年四景数据反演地表亮温经过归一化后的数据，按等距离分割将热力景观分为5种类型，利用景观格局分析软件FRAGSTATES，从斑块、类型和景观3个水平上计算了各类热力景观指数，定量揭示了热环境空间结构与格局特征。借助Geoda软件，通过空间自相关分析，得出地表温度表现出空间聚集。大部分位于第1和第3象限内，属于高—高温集聚和低—低温集聚类型。　　 对城市热岛的尺度效应进行分析。首先通过半变异函数确定最大采样尺度，然后计算不同粒度下的景观格局指数。构建热岛面积百分比及热岛强度用于表征热岛效应强弱的两个指标，研究随着采样尺度变化的热岛强度的变化。两个热岛指标均表现出城区热岛效应高于郊区，其中城区热岛存在尺度效应，且热岛面积百分比能更好的表征其尺度效应。　　 (4)不同土地利用类型、植被覆盖及典型城市景观的热环境效应研究。研究表明不同土地覆盖类型的地表温度差异显著。通过缓冲区分析和景观斑块特征分析，探讨公园景观斑块和道路景观廊道的热环境效应，验证公园景观对减缓城市热岛效应有明显效果。总体上公园景观对应的温度随着公园面积、边界长度的增加而减小，随着公园周长面积比增大而增大。随着道路密度增加，道路平均温度显著升高。　　 (5)基于光谱分解理论，快速、准确地从遥感数掘提取地表参量。　　 采用混合像元分解提取地表不透水面、植被覆盖等地表环境信息，为分析城市热环境成因机理提供数据。　　 (6)城市热环境的驱动机制分析。　　 城市地表温度场的分布与强度受多方面的因素影响，本文以北京五环路内的城八区为研究区，采用空间主成分分析及空间回归分析对影响城市热岛变化的各种驱动力及城市热岛演变机制进行分析，进而揭示城市热岛的形成、发展变化的驱动机制。本文选取归一化建筑指数、地表不透水面盖度、人口密度、道路密度、归一化植被指数、植被覆盖度、湿度和风速这八个指标作为城市热环境的影响因子，通过主成份分析，取前三个主成分代表影响城市热环境形成的主要因子。综合各个主成分的主要贡献因子及其与温度指标的相关性，得出第一主成分集中反映了地表建筑物密度信息；第二主成分主要反映道路密度的人类活动强度信息，第三主成分主要反映了地表植被覆盖的生态环境信息。然后利用GeoDa软件，以归一化处理后热红外波段反演的城市热环境信息为目标函数，以热环境的主因子为自变量，分别建立主因子与温度的OLS、空间滞后、空间残差回归模型。从自变量回归系数的正负和显著性水平来看，空间回归模型与OLS回归基本一致。在空间回归模型中，空间迟滞参数ρ和空间残差参数λ的z统计值都很显著，表示用空间回归取代OLS回归是十分必要的，且空间残差模型优于空间滞迟模型。综合各个主成分的主要贡献因子及主因子对温度指标的贡献，得出建筑指数、道路密度对温度贡献的正效应最为显著。