地表温度是地表气候变化、农业生产、城市热岛监测等方面的重要指示因子。通过热红外遥感可以获取不同分辨率的地表温度产品，然而现有温度产品都受到混合像元的影响，反演的平均温度无法表征像元内部温度分布状况，进一步限制了其在精准农业、城市环境评价等方面的应用。精确反演像元内部温度分布的前提是建立起地物红外辐射与遥感观测间的正向模型，但现有的模型无法充分考虑复杂地表类型分布以及地物自身的三维结构因素对于热红外辐射的影响。因此，我们提出了一种耦合三维体元辐射度与能量平衡理论的大尺度地表温度模拟方法。模型通过将三维场景体素化表达，采用光线追踪技术将辐射度理论扩展到体元场景的三维辐射传输，原有辐射度理论中各计算单元间的可视因子计算被转换到单个计算单元在4π空间各离散方向的可视因子计算，这种转换大大降低了模型计算的复杂度；并以地物先验属性以及气象观测数据作为输入，将能量平衡条件作为约束，迭代求解场景内部温度分布并得到热红外遥感观测。基于怀来站复杂场景多时相无人机红外数据对模型进行精度验证，验证结果表明：1）不同地物的辐射亮温具有明显差距，能够有效模拟地表温度的异质性分布特点；2）模型可以有效捕捉到地表温度的热点现象；3）地物逐像元比较结果的RMSE在5K以内，R2大于0.6，具有较好的模拟精度。因此，新模型可以为地表温度产品的进一步精细应用与反演提供有效的分析工具。

地表温度；三维辐射传输；辐射度；能量平衡