遥感应用的本质是通过遥感原始观测数据来“反演”地表有价值的信息，不管这“反演”的手段是直接从原始影像经一系列的算法、模型反演而来，还是经多传感器影像相互转换而来。近年来，高光谱遥感影像在定量遥感的反照率反演中扮演越来越重要的作用。但反照率反演的精度受很多因素的制约，尺度效应是最主要因素之一。造成尺度问题复杂化的重要因为，是地面测量数据、多传感器数据、以及应用需求数据等在尺度上的不一致，使得海量数据难以得到有效的利用。本论文就积雪反照率的反演以及遥感影像的尺度转换模型研究两方面做了如下深入的工作：　　 1．MODTRAN辐射传输模型。遥感影像的大气校正包括两方面，一是大气参数的估计，二是地表反射率的反演。通过对MODTRAN辐射传输理论的学习，推导了MODTRAN辐射传输模型输出辐通量与遥感影像辐通量之间单位的转换关系，将二者的辐通量以同一单位统一起来；同时借鉴前人对各向异性非同质地表的BRDF辐射传输方程及其辐射通量的光线路径分解，实现MODTRAN辐射传输模型的输出辐通量快速且高精度的地表反射率解算；通过MODTRAN批处理方式建立了“中国西部祁连山区积雪表面辐射通量高维查找表”。该查找表输入参数分级为4个气溶胶光学厚度(0．05：0．05：0．2)；7个太阳天顶角(单位度)(30：5：60)；7个视场天顶角(单位度)(30：5：60)；5个相对方位角(单位度)(120：10：160)；2个大气模式(中纬度冬季，1976US)；1个气溶胶模式(大陆模式)；8个550nm积雪表面反射率(0．60：0．05：0．95)等参数形式。　　 2．雪颗粒反照率的理论模拟。散射辐射影响下行辐射的总量，进一步影响反照率的计算。散射辐射是反照率反演中的关键因子之一，受地表介质层颗粒大小的影响显著。积雪是由多个冰晶组成的层状颗粒介质。通过对100：100：1000μm10类不同半径的积雪颗粒在0．4～2．4μm波长上的散射特性模拟，即包括对消光效率Qext、散射效率Qsca、吸收效率Qabs、单次散射反照率ω、不对称因子g、散射相函数p(θ)以及半无限空间的雪表面反照率albedo等物理参数的模拟，以及各参数随雪粒径和波长的变化率模拟，我们发现：(1)积雪单个颗粒的散射物理参数的消光效率Qext、散射效率Qsca、单次散射反照率ω、半无限空间反照率abledo均随雪粒径增大而减小；吸收效率Qabs、不对称因子g则随雪粒径R增大而增大；散射相函数在散射角θ￠(-π/6，π/6)时随粒径增大而减小，而在θ∈(-π/6，π/6)尤其是散射角θ=0时散射相函数随粒径增大而增大;(2)积雪单个颗粒的散射物理参数不对称因子g比大陆气溶胶模式中平均取值范围0．64～0．74要略高，其中在0．4～1．2μm区域，雪面地表不对称因子g取值范围应为0．89～0．91；而1．2～2．4μm区域，g取值随雪粒径变化比较大，范围在0．89～0．98之间。不对称因子g的精确估计有助于提高BRDF校正中散射方向的信息；(3)近红外区域的散射参数随雪粒径变化比可见光区域更敏感。(4)处于大气吸收带的1．40μm波段比传统认为的1．03μm波段对雪粒径变化更敏感。但在反照率反演时以标准方差指示的反演误差在1．40μm处也会增大。(5)以δ-Eddington二流近似为主的Wiscombe-Warren模型模拟的半无限空间积雪反照率比祁连山区实测积雪窄波段反照率小，分析其因为有三：①一般认为，单次散射的散射通量小于多次散射的散射通量，也就是说，模拟的散射通量比实际观测散射通量小，直接导致雪面反照率的模拟比观测要小。②一般认为，地表反射率越大，绝对误差增大的概率会越高。雪面反照率在可见光区是高反射率区，在近红外的1．30μm肌后才会有反射率的骤降。雪面在1．03μm仍存在较高反射率，导致模拟过程误差增大。③积雪密度是一个时间与雪粒径大小的函数，散射模拟中固定积雪密度为常数，也将导致模拟误差的存在。　　 3．高光谱影像的积雪反照率反演。EO-1 Hyperion高光谱影像的积雪反照率图像将为雪盖面积的提取、积雪粒径的反演等研究提供基础图像。论文设计了EO-1 Hyperion高光谱影像积雪反照率的反演流程；通过MODTRAN辐射传输模型反演了影像的积雪反射率图像。该反演图像与点/样方同步实测的积雪反射率相比较，发现在可见光波段实测值要略高于反演值，而近红外波段尤其1260nm后，实测值要略低于反演值。虽然经过了辐射传输模型有效的大气订正，二者之间仍然存在0．3％～10％的偏差。30m空间分辨率像元的反演与单点实测的尺度差异也是造成偏差的主要因为之一，从而提出了点/样方尺度与像元尺度之间地表异质性与多尺度转换的重要性。　　 4．尺度效应潜在因素的探索。尺度是固有的地理现象。尺度效应通常指在研究中随着尺度的改变从而引起的研究结果的变化。某一采样尺度仅能揭示相应的变化规律，某一空间结构特征仅能在一定采样尺度下表现。论文作为多尺度转换大命题中的前期工作，旨在通过试验的手段来检验不同尺度产品的真实性，发现多尺度转换中潜在的各种问题，以及探索可行性的尺度转换方法，为进一步的多尺度转换研究工作提供良好的背景知识。多尺度雪盖面积的获取包括两样区1m分辨率野外人工子像元雪盖、两样区30m分辨率子像元重采样雪盖、30m　　 Hyperion和TM卫星反演雪盖、以及MODIS．500m分辨率的MOD10Al雪盖日产品。通过对上述不同尺度获取的雪盖面积的相互对比，我们发现：若把1m样区看做500m像元的单点试验，该单点不能完全正确表征同位置像元上的地物特征。同时，以1m人工样方结合多尺度遥感卫星的试验方式揭示了尺度效应研究中像元重采样方式、地面样方策略、以及地表异质性的定量化表达等潜在因素的重要性。　　 5．多尺度转换方法的探索。产品的真实性检验或模型的验证都需要地面样本测量，同时也需要该数据与传感器数据的多尺度转换。多尺度效应研究中，将地面样本测量布置成多尺度的采样场景，其采样策略分四层次：流域采样、微型网络采样、塔型采样、单点采样。而基于多尺度采样场景的经典采样模型有三类：简单随机采样、分层采样、系统采样。借助于含有吉布斯采样的马尔科夫链蒙特卡罗模拟技术的贝叶斯方法，设计了贝叶斯推断地表异质性定量化“不确定性与敏感性矩阵”的流程。目前国际最前沿的图像多尺度几何分析致力于以最佳逼近与调和分析为手段寻找最佳基函数进行高维函数稀疏分解的图像表示方法。轮廓波具有光滑的轮廓段形状的基结构，是一种基于拉普拉斯金字塔分解与方向滤波器组的多尺度几何分析工具。利用轮廓波变换实现了遥感影像的多尺度转换研究。我们发现，轮廓波变换在多尺度转换中具有比小波变换更多的优越性，表现在多尺度转换后图像有更多的相似性，其信息熵、峰值信噪比等指标表征的信息量也更丰富。