昼夜温差(包括地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差)是一个全球变化研究领域中的一个重要参数,在植物生理,水文,气象,环境等领域都是一个非常重要的环境因子。陆面蒸散等一系列地球表面的物质和能量交换过程均受到昼夜温差的重要影响。因此,深入探讨昼夜温差的时空分布特征,是深入理解和研究陆地表面过程和全球变化的关键。与常规的气象观测方法相比,遥感无疑提供了一种有效获取大范围昼夜温差时空信息的新途径。目前,在城市热环境研究方面,主要集中于地表热岛和冠层热岛的研究。地表温度遥感产品的广泛应用,为研究地表热岛模拟、监测等提供了重要的数据支持;相比于地表温度遥感产品在城市热环境研究中的广泛应用,由于遥感冠层温度反演存在理论上的难点,遥感冠层温度产品则应用相对较少,站点观测数据仍然是城市冠层热环境研究的重要数据源。本文基于目前城市热环境的研究现状分析,首先提出一种基于遥感数据获取冠层温度昼夜温差的算法,在无需分别获取准确白天和夜间温度的前提下,该算法基于改进的温度植被指数特征空间构建冠层温度昼夜温差的反演模型。模型引入地表温度昼夜温差(Land Surface Temperature Diurnal Range,DTsR)和饱和植被指数(max-Normalized Differential Vegetation Index,NDVImax)概念,通过对干边湿边的线性拟合以及饱和植被指数的优化选择,获取了基于遥感数据的冠层温度昼夜温差(Near surface air temperature diurnal range,DTaR),并通过站点观测数据进行精度验证。其次,结合研究区行政区划以及地表覆盖数据,分析了地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差的时空分布特征以及与地表覆盖的关系,从新的参数角度探讨了研究区热环境的时空分布特征。本研究得到以下结论:1.温差植被指数模型适用于年时间尺度的冠层温度昼夜温差反演。通过站点观测数据验证,在NDVI取值为0.725时,北京市冠层温度昼夜温差观测值和实测值的RMSE小于1℃。2.地表温度昼夜温差在不同时间尺度上分布各异。月尺度以“倒钟形”分布形式为主,季尺度以“L型”分布形式为主。在空间分布上,城六区和远郊区县作为两个组别,分别表现出了不同的空间分布特点,其中城六区与远郊区县在地表温度昼夜温差分布上呈现显著差异。3.2003-2012年,北京市地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差均为上升趋势。其中,冠层温度昼夜温差上升趋势较地表温度昼夜温差上升趋势更为显著。此外,北京市内不同区县,上升和下降趋势各异,城六区的地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差以下降趋势为主,冠层温度昼夜温差下降趋势较地表温度昼夜温差下降趋势更为显著。4.2003-2012年北京市地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差在空间分布上具有相似的特征,在城区具有较高的地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差分布,在西北部山区以及密云水库地区具有较低的地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差分布。5.与地表覆盖类型结合统计分析表明,城镇用地具有最高的地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差,水体具有最低的地表温度昼夜温差和冠层温度昼夜温差。同时,地表温度昼夜温差要大于空气温度昼夜温差。这种分布特征更符合下垫面类型的热物理性质。