本文在综合分析国内外的学术动态与需求之后，充分利用大型星-地同步试验数据，就大气下行辐射的建模与反演、地表温度的尺度效应及大气下行辐射在提高遥感反演地表温度和地表净辐射通量精度中的作用展开研究。 　　本文结合Iziomon(2003)晴天模型中大气比辐射率的表达式，提出了运用红外辐射计以37°高度角对天空的观测值，来推算大气下行辐射的方法。小汤山的试验数据表明，新模型的反演精度优于上述传统模型。 　　本文利用北京21个气象站常规观测资料和2004年5景TM图像，率先提出了根据像元的热惯量和地表辐射温度反演像元大气下行辐射的空间估算模型。这一方法优于通常一景影像只用一个大气下行辐射的做法，使大气下行辐射的估计值精确到整个图像的各个像元。 　　本文利用实测探空数据、标准大气廓线，以及覃志豪(2001)和Jimenez-Munoz&Sobrino(2003)两种单窗算法分别反演了地表温度。分析表明，覃志豪(2001)单窗算法与实测探空数据估算结果非常一致。将覃志豪等(2001)单窗算法与手持式红外辐射计同步获取的地表温度进行比对，论证了地表热辐射的非均匀性及其尺度效应。 　　本文应用大气下行辐射模型估算值，结合小汤山土壤和植被比辐射率测定资料进行计算，结果表明：即使对于比辐射率相对高的地物，精确考虑大气下行辐射的影响，依然可以将地表温度的反演精度平均提高2℃左右。