三北防护林是世界上最大的生态恢复工程。陕西省榆林市位于黄土高原与内蒙古高原毛乌素沙漠的交界处,是三北防护林工程中的生态脆弱地区。对陕西省榆林市的森林覆盖变化以及生物量的反演对该地区的环境监测与生态评价有着重要的意义。Landsat数据具有长时间的数据积累和较高的空间分辨率。本文主要利用时序Landsat数据,对榆林六县的土地利用变化情况、森林覆盖变化和造林毁林时间反演进行定量化研究,并结合造林树龄对研究区森林地上生物量进行反演,定量地分析榆林地区自1974年以来的生态建设成效。本文对榆林六县的土地利用/覆被变化、单木生物量异速生长方程、森林覆盖变化时间反演以及区域森林生物量估算展开研究,得到以下结论:(1)本文利用长时间序列的Landsat数据,通过大气校正、相对辐射归一化以及地形辐射校正、去云等定量化处理,获取研究区时序地表反射率数据,利用基于CART分类方法对研究区1987年、1993年、2000年、2007年和2014年的地表反射率数据进行土地/覆被类型分类,将研究区地物类型分为耕地、林地、草地、水域、城镇居民建设用地、沙地以及裸土地。在进行CART分类时,引入EVI作为一个特征波段,增加地物类别判别精度。分类结果的总体分类精度达到88.91%,Kappa系数为0.87,具有较高的分类精度。(2)根据研究区的优势树种(槐树、杨树、油松和樟子松),利用2012年实测的胸径、树高、树龄等参数构建不同类型的异速生长方程,结果发现结合树木胸径与树高两种参数形式的异速生长方程效果最好,其次是基于胸径的幂函数形式的异速生长方程,拟合效果好并且仅需要胸径一种参数,相比于需要胸径和树高的异速生长方程有更好的适用性。建立基于胸径的槐树、杨树和松树的异速生长方程,估算各个样区内所有单木的地上生物量,获得样区的森林总生物量。(3)利用1974年至2012年Landsat时序数据定量化结果,构建森林概率指数IFZ,设计并建立了植被追踪VCT算法,反演出森林覆盖变化以及森林造林时间和毁林时间。经过实测样区检验VCT算法分类总体精度为90.95%,Kappa系数为0.88,森林覆盖变化时间误差小于等于3年的达到83.72%,具有较好的反演效果。研究区1977年与2003年呈现两个造林峰值,分别达到279.52km2与1249.26km2。毁林面积在1987年与2007年达到两个毁林峰值,分别为11.27km2与10.61km2。结果表示利用时间序列IFZ数据,构建VCT算法得到的森林覆盖变化时间反演,能够有效地反演区域森林造林和砍伐时间。(4)基于像元尺度的树龄建立区域森林地上生物量估算模型。将NDVI*age作为变量构建区域森林生物量估算模型,估算方程为y=150.6x+332.31,决定系数R2达到0.62。对2012年榆林六县森林生物量进行反演,其中神木县的总地上总森林生物总量最高,达到4.76×10~9kg。区域森林生物总量最低的为米脂县(7.94×10~8kg),中间依次是榆阳区(1.66×10~9kg)、佳县(1.40×10~9kg)、子洲县(1.35×10~9kg)和衡山县(1.16×10~9kg)。利用NDVI与像元尺度树龄能够有效的反演区域森林生物量,实现对榆林地区各个区县森林生物量以及分布情况的监测,对探究榆林地区森林固碳能力以及“三北防护林工程”生态恢复成效有重要意义。