生态脆弱区生态环境状况可由植被的生长情况表征,而植被的生长情况又受到该地区土壤水分的制约。植被生物量能够体现地球生态系统获取能量的能力,对地球生态系统结构和功能具有十分重要的意义,是反映生态环境的重要指标之一。土壤水分对全球水循环、能量平衡和气候气象变化都有重大的影响,是陆地表面非常重要的参数之一。生态脆弱区的生态系统中,水是许多生态过程的主要决定因素,植被与水之间存在着正反馈作用。因此,建立一套客观,动态,实时的生态脆弱区植被生物量和土壤水分监测方法,具有十分重要的科学意义。本研究以生态脆弱区草原(乌图美仁草原和若尔盖草原)为研究区,以星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据和同步实地测量数据为基础,以裸土散射理论和植被散射模型为理论依据,建立了适合生态脆弱区草原的主被动遥感数据协同反演植被生物量和土壤水分的方法。本研究的主要工作概括如下:(1)通过去除森林散射模型中树干层的散射贡献,建立了草本植被散射模型。针对生态脆弱区草原植被密度不均,植被覆盖稀疏等特征造成的下垫面土壤对后向散射影响严重的问题,在所建立的草本植被散射模型中加入了植被间隙信息。利用植被覆盖度区分了像元内植被和裸土之间不同的散射机理,消除了裸土斑块对后向散射的影响。最后,利用建立的草本植被散射模型反演了生态脆弱区植被生物量信息。(2)基于草本植被和灌木之间不同的物候特征,利用物候减法方法将像元内总后向散射分为草本植被贡献、灌木贡献和裸土贡献三部分。在水云模型(Water Cloud Model,WCM)中加入不同植被类型所占比例,区分了不同植被类型的散射机理,使模型可以应用于从稀疏到稠密的不同植被类型条件。基于建立的混合植被散射模型,利用主被动遥感数据协同反演混合植被区植被生物量,提高了生态脆弱区植被生物量的反演精度。(3)利用积分方程模型(Integral Equation Method,IEM)模拟裸土的后向散射,利用水云模型计算植被的体散射及植被对微波信号的双向衰减,建立了一种主被动遥感协同反演植被覆盖下土壤水分的方法。该方法利用IEM模型替换水云模型中的土壤后向散射项,使模型中的土壤散射贡献的描述更加准确。此外,在水云模型中加入从光学遥感数据中提取的植被覆盖度信息来计算植被间隙,利用LAI表示植被描述参数,使该模型能够应用于大尺度上的植被后向散射模拟。最后,通过改进的水云模型去除植被对总后向散射的影响后,利用IEM模型进行生态脆弱区植被覆盖下土壤水分的反演。(4)基于Envisat ASAR数据,Radarsat-2 SAR数据和TerraSAR-X数据,对不同植被覆盖地表的微波散射机理进行了研究。本研究将植被覆盖分为草本植被区和混合植被区(草本和灌木覆盖)两种类型,利用建立的植被散射模型来研究不同植被覆盖度,植被类型、植被生物量等参数对雷达后向散射的影响。同时,针对地形起伏的情况,分析了地形对后向散射及地表参数反演的影响。