地表土壤热通量是太阳辐射到达地表后进入土壤的那部分能量，它是地表能量平衡的重要组成部分。地表土壤热通量对干旱半干旱地区的陆表蒸散发的研究具有重要意义，然而陆表蒸散发又是区域水文生态研究中的关键变量。目前几乎所有的地-气相互作用模型都是基于地表能量平衡方程发展来的，因此，准确估算地表土壤热通量不仅对地表能量平衡和水文生态研究起到重要作用，而且对地-气相互作用模式的发展具有重要的意义。　　现有的利用遥感观测估算区域尺度地表土壤热通量的算法大部分基于经验统计方法，缺乏足够的理论基础。针对这个问题，本论文基于土壤热传导物理模型利用遥感观测数据对区域地表土壤热通量估算方法进行研究，主要开展了以下几个方面的工作:　　(1)首先，测站观测的土壤热通量通常是土壤中某深度处的观测，而非土壤表面的土壤热通量值，地表处的土壤热通量需通过结合土壤温湿度观测资料外推得到。针对目前在冻土区单点上推算地表土壤热通量时对土壤中结冰量考虑不足问题，本研究提出了一个土壤含冰量估算的方法，进而改进了冻土条件下单点地表土壤热通量估算时的土壤热传导方程。结果表明利用改进后的方法得到的地表土壤热通量值比改进前增加了20％，并且地表能量平衡闭合率提高了4.3％，这对于陆面过程模型的检验和发展具有重要意义。　　(2)其次，利用改进的热传导方程得到黑河流域复杂下垫面的地表土壤热通量并对其变化特征进行分析研究。研究发现黑河流域不同下垫面的地表土壤热通量具有明显的日变化，一般提前净辐射达到日最大值，达到最大值时刻随季节及植被覆盖度而变化。地表土壤热通量与净辐射的比值随着下垫面及季节的不同而发生变化。1月份月平均的地表土壤热通量与月平均净辐射的比值为:草地25.6％，农田22.9％，森林4.3％;7月份的比值分别为:2.3％，1.6％和0.3％。依据30分钟间隔的数据，一年的地表土壤热通量呈现单峰变化，且农田和草地均在春季达到年最大值。　　(3)再次，对不同时间尺度下的地表土壤热通量对地表能量平衡闭合率的影响进行了研究。结果发现随着时间尺度的增大，地表土壤热通量占净辐射的比值依次降低，并且地表土壤热通量对地表能量平衡闭合率的贡献越来越小。除了年平均的地表土壤热通量值接近0而可以被忽略外，地表土壤热通量的瞬时值、日均值、月均值及季节均值均不能被忽略，特别是瞬时值。　　(4)最后，发展了一个融合谐波法和半阶导数法的机理性较强的区域地表土壤热通量估算方法，并利用多源遥感数据计算了黑河流域的地表土壤热通量区域分布。利用植被覆盖度对植被温度和植被下土壤表面温度日变化间的相位关系进行参数化，进而在有植被覆盖区域对谐波法和半阶导数法的地表土壤热通量的估算进行改进。谐波法由于假定地表土壤热通量一天内满足标准正弦变化导致夜间值被低估，但是计算的白天值与观测值比较接近。半阶导数法求解的初始条件必须为各深度的土壤温度相等，导致夜间的地表土壤热通量计算效果优于白天。结合两种方法的特点，即白天用改进的谐波法、夜间用改进的半阶导数法计算地表土壤热通量，两种方法的结合得到了一个理论性更强的全天区域地表土壤热通量估算法方法。通过与观测值和再分析资料比较，本论文提出的方法可以较为准确地获取地表土壤热通量。