随着全球气候变化愈加明显以及城市化进程加快，城市人居环境受到剧烈影响，而城市热环境问题更加突出。对于全球大型城市而言，城市规模在不断扩张过程中人口随之增加，这一过程对城市原有形态、功能区划的变化等产生重要影响，同时这些变化对城市热环境发生发展具有重要作用，城市热岛效应就是城市热环境的重要表现之一。因此研究城市热环境在时空上的布局以及演变规律，分析变化原因、影响因子以及与土地利用/覆盖变化之间的关系，对于城市优化布局、改善人居环境等具有重要的理论及现实意义。本文以西部重要城市重庆为例，在遥感与地理信息系统技术的支持下，通过多年TM热红外数据对城市地表温度进行定量反演，通过求算NDVI、地表比辐射率、大气平均作用温度、大气水汽总含量等多个城市地-气参数得到了城市真实地表温度，为城市热岛效应研究以及分析城市热环境的时空演变规律和空间分布奠定了基础。其论文的主要内容和创新性如下：1、通过国内外地表温度遥感反演的文献综述，对城市热岛研究背景，城市热岛物理热传导过程、城市地表温度遥感反演方法以及城市热岛与植被关系等研究方面进行了较全面的总结，同时侧重于对地表温度反演的技术方法进行了深入的探讨，并根据数据源的特征以及研究区的区域特征最终选取TM影像作为反演的数据源，以覃志豪的单窗算法作为地表温度反演的主要方法。2、TM图像的地表温度遥感反演本文虽然利用经验公式对各种参数进行估算，但在估算中对各种估算参数进行了精度修正，努力提高地表温度的反演精度。基于此估算地表比辐射率、大气水汽总含量、大气平均作用温度、地表反射率等地-气界面参数。3、地表温度反演的精度验证在2011年8月30日LANDSAT卫星过境时，在研究区的主要城市区域和郊区布置开展星地同步观测，观测涉及水域、林地、草地等各种地类，通过多点定位观测和流动观测获取地表温度、气温、湿度等重要参数，以便于验证遥感反演结果的精度。最后利用单窗算法对地面温度进行反演，并通过2011年8月30日的地面实测验证，说明重庆都市区的地表温度反演利用单窗算法是可行的。4、重庆都市区城市热岛的时空格局分布规律通过星地同步观测数据验证地表温度遥感反演结果有较高的精度，利用同样的方法获取每期数据的地表温度。对地表温度进行标准化订正、温度等级分级、温度剖面分析、城市热岛强度等研究，研究表明：研究区内存在较高的热中心带，这些高温区域呈现带状分布，高温区域随着城市化进程有向外围扩展的趋势，城市化是城市热岛效应主要的驱动因素；在剖面分析中显示水域对周围温度起到一定的降温效果，但影响范围受限，城市建筑区域明显比自然地表区域的温度高，说明重庆的城市热岛效应较为明显；而对2007-2011年相对/绝对城市热岛强度分析表明，总体上相对/绝对城市热岛强度呈现增强趋势但中间年份的强度稍有起伏，并且随着城市范围变化继续向外围扩展，南北两个区域的相对/绝对强度逐渐增强，热岛面积扩大明显，且主要分布于新兴建设区域。5、城市热岛效应与土地利用/覆盖关系通过地表温度与NDVI的关系研究表明：总体上地表温度随着植被覆盖度的增加而下降，地表温度与植被覆盖度呈负相关关系。2007-2011年温度等级变化分析显示：增温区域主要处于南北两个城市扩展迅速的区域，可见城市扩展使得下垫面覆被类型变化是导致这一现象的主要因素。而各类土地利用类型在城市地表温度等级中的所占面积来看，城镇用地和裸地类型区域的温度等级高于其他区域，水体区域的温度等级始终最低，自然地表在低温区域所占面积最大，进一步说明了水域和自然地表能对城市热岛效应起到一定的减缓作用。6、城市绿地景观对城市热岛调控效应分析城市绿地对周围环境的降温作用分析表明：无论是郊区大面积林地还是城市内部的公园绿地都对周围热环境起到降温效应，只是降温幅度有所差异。对于大面积林地而言,在周边300m左右都有明显的降温效果，但是距离越远，绿地对周围区域的降温作用效果减弱。而对于城市内部的公园而言,离公园越近降温幅度远大，在周围150m范围内都有一定的降温效果，而且公园面积越大，对周围热环境起到的降温效应越强，同时公园内部覆盖的差异性对降温效应有一定的影响。