本文通过对我国武汉市城市热环境研究和我国北方煤田火区的煤火自燃异常探测，进行遥感热异常探测方法研究。　　在城市热场效应方面:我国中东部地区是典型的冬冷夏热区域，该区域城市化进程较快，但同时伴随着城市化进程的城市热岛效应问题也极为显著。夏季炎热与冬季寒冷的气候条件使得该区域大部分城市环境难以达到宜居的标准，城市的热环境问题较为突出。随着城市面积的迅速扩张，城市热场效应对人们的生产、生活等活动的影响愈来愈严重，城市热岛效应加剧了城市上空的大气污染，给人们的身体健康带来较大危害，也给城市区域气候变化带来较大影响。因而对城市热环境问题的研究与治理则显得较为迫切。传统的城市热岛效应监测方法是以分散的各个气象站点的数据为基础进行统计和分析并展开相关研究的，以点带面并利用相关空间差值的方法导致其精度和准确性不高，具有很大的缺点。而利用遥感的方法能够实时准实时、大范围监测城市地表热场效应，为城市热环境研究提供了新的手段。本论文以典型的夏热冬冷地区武汉市为例，对武汉市的城市热场效应的宏观和微观的时空分布特征做了综合性的分析与研究。对于如何降低武汉市的热场强度效应提出了具体的举措和建议。　　在煤田自燃方面:因我国北方大部分煤田都存在着煤田自燃的现象，这不仅浪费了大量的不可再生资源-煤炭，而且对环境和气候变化带来了严重影响，严重危害当地人的生活与健康，大面积的煤田自燃现象的导致了一系列的经济、社会和环境问题。因而对煤田火区进行检测、治理的工作极为迫切和重要，然而，传统的人工方法进行煤田火区高温热异常检测不仅费时、费力，而且效率不高。卫星遥感技术为煤田火区检测提供了新的手段。但近20年来，遥感技术用于煤田火区的探测逐渐成熟，一些传统的研究方法也遇到了瓶颈，主要表现为总体精度不高，自动化水平较低，数据源较少。另外，开发遥感应用于煤田火区的新的应用点对于煤田火区的前、中、后期治理也至关重要。本文以内蒙乌达煤田火区和宁夏汝淇沟煤田火区为典型研究区，开展煤田火区的遥感检测算法研究，并探讨了煤田火区总体扩展方向这一新的应用点，为煤田火区的治理工作提供理论参考与技术支持。　　基于上述两个方面的考虑，本论文在中国科学院重大战略先导科技专项课题“煤田自燃中的碳排放”(项目编号:XDA05030200)和国家自然科学基金重点项目“全天候长时间序列观测角度和时间归一的地表温度遥感反演方法研究”（项目编号:41231170）的支持下开展相关研究工作，取得了一些研究成果和结论。　　在武汉市城市热场效应探测方面开展了以下研究:　　(1)夜间灯光数据DMSP/OLS是研究城市化进程和城区面积的有效工具。利用MODISLULC的地表覆盖产品进行城市区域与非城市区域的划分时，考虑到MODIS数据的较低的空间分辨率，因而其关于城市用地分类结果的精确不能得到保证，需要结合其他的数据特征进行综合分析。我们利用了能够表征城市化进程与城市化水平的夜间灯光数据DMSP/OLS与MODIS地表覆盖产品相结合，综合划定城市面积，明确城市边界，提高了城区识别的精度。　　(2)利用MODIS数据研究探测武汉城市热场的宏观时空分布特征，研究武汉地表温度场在空间分布随城市下垫面的变化。武汉市热场效应随着城区面积的扩大而不断向外扩展，且深度增加。武汉市城区夏季白天平均温度场成两个隆起的“凸”型状态，城区温度显著高于邻近郊区和边远乡村地区，在武汉市中心城区温度场分布图中呈现一个向下“凹”的形态。武汉市夏季夜间平均温度场与白天两个“凸”起的状态不同，武汉市成一个整体隆起的态势。造成这一状态的主要原因是河流湖泊等水体的影响。武汉市热场效应的时空特征表明:在白天，武汉市除冬季外，春季、夏季和秋季都存在着较强的城市热场效应，尤以夏季热岛效应最强，主要归因于城市不透水面的影响;在夜晚，则一年四季都有热岛效应的存在，尤以冬季热场效应最强，主要归因于河流湖泊等水体的贡献。　　(3)通过对Landsat系列较高分辨率的多光谱数据进行处理和相应的地表温度求解，并利用非监督分类算法ISODATA对武汉市下垫面进了相关分类研究，并根据相关的分类结果和地表温度信息提取结果对武汉市城市热场的微观时空特征进行分析，提出相应的降低热岛强度的措施。利用了武汉市1990、2000、2009、2013年的晴空无云条件下的Landsat系列数据，对城市不同的下垫面进行分类，并对其在城市热场中的贡献进行分析。研究表明，2000年以后，武汉市的城市化进程不断加快，城市面积急速扩张，城市区人口密度增长较快，大型广场、商场以及中央商务区的不断建立，河流湖泊及湿地遭到愈来愈严重的围垦，致使城市热场效应得到显著增强。对多时相Landsat系列数据，利用单窗算法，反演地表温度，计算武汉城市热场效应，根据相关标准，对城市效应强度划分为7个级别，从热场强度指数的空间分布及变化看，许多高温地段与低温地段镶嵌，形成了不同的区域热中心。武汉市区域热岛中心的分布于下垫面的类型息息相关。根据热场效应指数，我们可以看到武汉市具有极强热岛现象的核心区域其热场效应指数都在0.125以上，周边强度指数成环状降低。从1990年到2013年的武汉市地表温度场与城市热场效应指数来看，我们可以发现，武汉市的城市热场不仅有分散的区域热中心，而且还呈现出一定的条带和块状效应。武汉市城市热岛的条带效应与块状效应与武汉市的工业、工厂的分布状况密切相关。　　(4)根据武汉市下垫面与城市热场效应的关系，我们提出在城市规划时增加绿地面积、尽量减少对湖泊河流等围垦等措施，以及增强城市的通风能力，提高城市的通风水平，合理规划了城市中的道路，为宏观的的城市风道和微观的城市风道给予足够的重视，以减轻武汉市热岛效应的影响。　　在内蒙古乌达煤田火区和宁夏汝淇沟煤田火区的高温热异常检测方面开展了以下研究:　　(1)利用热红外遥感数据对我国北方煤田火区的高温异常区域进行了探测。虽然热红外遥感数据用于煤田火区探测已有二十多年的历史，但其精度和自动化识别的水平不高，为此本文采用了统计数据与滑动窗口算子相结合的算法对煤田火区信息进行自动检测识别研究。分别利用该算法和相关空间分析技术，对内蒙古乌达矿区和宁夏汝淇沟矿区的煤田火区进行了识别和动态监测，并利用相关分析方法对这两处煤田火区的扩散方向做出了预测，绘制了煤田火区扩散方向分布图。　　(2)利用Landsat TM/ETM+数据、Terra ASTER数据等综合多源红外遥感数据，进行了地表温度反演，利用基于统计参量和移动窗口算子相结合的方法进行煤田火区信息的探测。以内蒙古乌海市乌达矿区作为研究对象，利用1999-2006年的Landsat TM/ETM+红外遥感数据，结合相关参数反演地表温度，绘制时间序列煤田火区分布图，利用ASTER数据和野外实测图对遥感数据源反演得到的结果进行验证，结果表明Landsat系列卫星数据与ASTER数据具有较高的重合度，煤田火区识别信息具有较高的一致性，因而用于煤田火区探测具有足够的精确性和合理性。通过长时间序列数据和相关空间分析方法，得到了乌达煤田火区的定量化变化情况，我们发现从1999到2006年以年均超过10万平方米的速度增加。利用空间分析技术对长时间序列的煤火信息进行分析，发现乌达煤田火区的扩散方向，主体扩散方向为西偏北、东偏北、北方向，其余有部分煤田火区向南扩展，另有部分煤田火区由中心线向两边扩展。　　(3)利用长时间序列夜间Landsat成像，基于植被指数与地表比辐射率的关系计算出地表比辐射率;结合一定的大气条件，利用单窗算法求取地表温度，进而识别和检测煤田火区。基于短波红外波段和热红外波段数据所能探测到的最低温度以及对相应的高低温度的敏感度不同，可以用来分别检测地表煤田火区信息和地下煤田火区信息，以宁夏汝淇沟煤田火区为例进行相关的地表和地下煤田火区的动态变化及火区扩散方向研究。根据长时间序列的遥感数据的获取的煤田火区动态变化结果，发现从2001到2007年，地下煤田自燃现象的面积已由1.248平方公里扩张到2.113平方公里，地表煤田火区面积由72000平方米扩张到204300平方米。绘制煤田火区发展方向图，可以看到地下煤田火区有较为明显的块状或聚集效应，而地表煤田火区则零散分布于研究区内，煤田火区总体扩散方向为西北或北方向，部分煤田火区向东方向扩展。为相关部门的煤田火区的治理工作提供重要的参考依据。　　(4)中国北方煤田火区分布范围广泛，横跨中国东西部近5000km的距离。进行煤田火区信息的检测与分布状况研究不能再依靠传统的人工测量的方法，需要在新的手段和技术方面进行革新，因而卫星遥感技术的发展为煤田火区的大面积探测提供了重要手段与技术保障。通过应用较新的煤田火区信息提取算法自动提取和计算煤田自燃的面积及其分布。通过利用相关的技术和方法绘制煤田火区的扩散方向。通过白天和夜间的卫星遥感数据对煤田火区信息的探测，发现夜间遥感数据应用于煤田火区信息提取准确性和精度都有很大的提高，具有很强的优势。因而，夜间卫星红外数据更适合于探测煤田自燃的现象，夜间短波红外、中红外通道能够更加有效地探测地表煤田火区，热红外遥感数据则更多地应用与探测地下煤田自燃现象。