自然或者人类活动引起的植被覆盖变化通过改变地表生物物理特性来影响陆气间的物质和能量交换，进而影响局地和区域气候。这种生物物理气候效应被证实是全球重要的气候驱动力，但由于其存在高度的时空分异至今没有被纳入应对气候变化政策的考虑范围内，这种不确定性在北半球中纬度地区体现的最明显。近年来，随着遥感技术的进步和遥感数据的积累，多源遥感对地观测提供了独立的、高空间分辨率的连续观测，能够帮助提取地表生物物理特性因子和气候因子的时空分异特征，尤其对于理解中纬度地区由于植被覆盖变化引起的高时空分异的生物物理气候效应有独特的优势。　　本文以中国为例，综合了2003-2014年包括中分辨率成像光谱仪(MODIS)、云和地球辐射能量系统(CERES)等在内的多源遥感观测平台，研究中国潜在植被覆盖变化引起的复杂的生物物理气候效应及其纬度、季节及时空分布特征，并从地表能量平衡的角度揭示了地表生物物理特性改变（包括地表反照率和地表蒸散）对地表温度变化的决定作用。本文为进一步研究中纬度区域地表过程和气候变化提供了遥感观测依据，并为未来区域高精度气候模拟提供了有益的地表过程信息。主要研究结论如下:　　1、森林相较于周围的农田的地表温度效应(△LST)具有日不对称性，即白天具有制冷效应，夜晚具有增温效应。区域平均而言，森林日平均地表温度效应为-0.31±0.02℃。随着纬度由低到高，森林白天制冷效应减弱，夜晚的增温效应增强，日平均地表温度效应由制冷转换为增温的转换纬度为40-48°N。季节方面，森林日平均地表温度效应表现为冬季增温，春、夏、秋季降温。森林相较于周围的农田△LST的时空分布特征表现出高度的时空异质性。仅从温度角度分析，这种复杂性是由森林白天和夜晚的地表温度效应不对称造成的。　　森林比周围农田的地表反照率低。同时比农田的地表蒸散值高。森林和农田间地表反照率差异（△Albedo）和地表蒸散差异（△ET）都随纬度增加而减小。季节方面，△Albedo最低值出现在冬季。△ET则在5、6月份出现最高值。　　对于森林和农田之间的转换，地表反照率变化引起的对太阳短波辐射吸收的差异(△SW)和地表蒸散变化引起的潜热通量释放差异(△LE)在中纬度的作用机制有两种。在25°N以南地区和在25°N以北地区的夏季，△LE与△SW作用方向相反，即森林比农田吸收更多的短波辐射能量并且释放更多潜热通量，总体表现为降温;在25°N以北地区的冬季，△LE与△SW作用方向相同，即森林比农田吸收更多的短波辐射能量并且少释放潜热通量，△SW和△LE共同起到增温作用。△SW-△LE和△LST呈现出相似的时空分布格局，表明森林覆盖变化发生时，地表反照率和地表蒸散改变的时空格局能够决定地表温度的时空格局。　　2、森林相较于周围的草地的地表温度效应与上述森林和农田间的△LST类似，区别在于其在纬度间和年际间变化较为缓和，考虑与自然草地不受人为灌溉影响有关。　　3、对中国北方地区农牧交错带和新疆绿洲灌溉区的自然草地和农田之间的潜在转换研究表明:草地相较于农田在白天和夜晚都具有增温效应，日平均增温幅度为0.49±0.03℃。草地和农田的△LST基本不随纬度改变，但是有明显的季节特征:非生长季内草地和农田的地表温度类似，但生长季内草地的温度显著高于农田。地表生物物理特性分析表明，草地比农田的地表蒸散值低，且主要表现在生长季内，非生长季内两者的地表蒸散值基本相同。同时，草地的地表反照率更高。地表能量分析表明，生长季和非生长季内△ET引起的潜热通量的差异是造成草地和农田△LST季节差异的主要原因，△Albedo引起的短波辐射吸收差异主要影响非生长季的△LST。本研究得到的结论对未来高精度气候模拟的参数化方案有一定参考作用。　　4、灌丛覆盖变化的地表温度效应介于森林和农田之间，即:区域平均而言，农田向灌丛转换有降温效应，而森林向灌丛转换有增温效应。灌丛发生转换时的地表生物物理特性差异也介于森林和农田之间。一方面，灌丛比森林的地表反照率高，比森林的地表蒸散值低;另一方面，灌丛比农田的地表反照率地低，比农田的地表蒸散值高。对于灌丛覆盖变化，地表反照率和地表蒸散变化引起的能量收支改变同样能够在季节、纬度和时空分布角度决定地表温度的变化。