地表温度是衡量全球气候系统变化的关键参数,在气候、环境、水文、地质和地球物理学等科学领域具有重要研究意义。此外,地表温度信息在农业生产和社会经济等领域也存在重要应用,它可用于判别林业火灾、检测农作物缺水量、评估农田干旱情况以及监测海洋污染等。卫星遥感数据反演已成为地表温度快速获取的重要手段,由于微波具有全天时、全天候观测的优势,国内外研究学者针对微波遥感反演地表温度取得了一系列的研究成果。现有的被动微波遥感数据均由人造卫星获取,由于轨道高度、技术水平、观测平台稳定性和设计寿命的限制,卫星遥感无法满足大尺度地表温度观测数据快速获取的需求。将月球布置成与人造卫星功能相似的一个对地观测平台,在月球上布设各种热红外或微波传感器对地球进行长期且连续的观测,即为月基对地观测。与传统极轨和静止卫星对地观测平台相比,搭载于月基对地观测平台的传感器具有无可比拟的超大可观测范围,具有高分辨率、高测绘带幅宽的特点,测绘带幅宽可达数千公里,因而月基对地观测为准确获取全球尺度地表温度数据中提供了新的途径。目前,月基对地观测平台仍处于理论研究阶段,无实际对地观测数据。为此,本文针对月基对地观测平台的特点,从月基对地观测平台微波遥感成像模拟、地表温度反演和微波辐射计参数优化三个方面开展研究,主要研究内容和结论如下:1)根据月基对地观测平台成像特点,综合考虑时区影响、地月相对运动、大气层、电离层以及辐射计天线系统等因素影响,构建月基对地观测平台微波成像模拟模型。采用全球表层温度数据模拟了月基对地观测条件下微波辐射亮温影像,并与星载微波辐射影像对比,分析了两种对地观测平台数据间差异以及月基对地观测平台微波辐射影像模拟结果的精度。结果显示月基对地观测平台获取微波辐射亮温数值整体小于卫星平台获取的微波亮温值,从人造卫星观测平台到月基对地观测平台,观测平台的改变对陆表亮温值的影响远大于对海表的影响。此外,由于陆表性质复杂,温度日变化较大,6.9-89 GHz等六个频率通道的陆表模拟误差均大于海表。2)利用微波不同波段下的水平与垂直极化发射率间的相关关系,结合微波辐射传输方程和微波在电离层中传播的理论,研究提出了月基对地大范围观测天顶角下微波地表温度反演算法。采用来源于三个对地观测平台具有不同观测天顶角的微波辐射亮温数据及模拟数据分别进行地表温度反演,并基于USCRN地表温度观测站实测数据对反演结果进行精度评估。结果显示,采用23.8 GHz和36.5 GHz微波亮温数据进行地表温度反演的精度较高,同时地表温度反演结果的精度随着观测天顶角增加而降低。此外,本研究提出的月基视角下微波地表温度反演算法适用于多种对地观测平台的被动微波遥感数据反演地表温度,反演结果基本不受数据获取平台的影响。3)基于前文提出的月基对地观测平台微波地表温度反演算法,使用月基微波辐射亮温模拟影像反演月基对地观测平台下的地表温度。为验证地表温度反演结果的准确性,采用风云二号静止卫星获取的热红外地表温度产品对其进行了精度分析。结果显示,月基对地观测平台可以连续观测低纬度区域、中纬度区域和高纬度区域10小时、13小时甚至更长时间,表明月基对地观测平台为准确的监测全球地表温度提供了一个全新的视角。4)针对月基对地观测平台特点和地表温度反演应用角度,本文详细分析了月基微波辐射计的天线半波束宽度、天线口径尺寸、地面分辨率、辐射计系统积分时间、极化方式、扫描角和观测波段等系统设计参数,并确定月基微波辐射计传感器最优系统参数。结果显示,18.7 GHz、23.8 GHz、36.5 GHz和89 GHz等通道适合作为月基对地观测微波辐射计传感器的观测波段,天线口径尺寸理论最优值为120 m,此时四个频率的空间分辨率分别为10 m、32 m、40 m和52 m,天线半波束宽度为0.002°、0.004°、0.006°和0.007°,积分时间为0.01 ms、0.03ms、0.12 ms和0.19 ms。