地表覆盖异质性是描述地表复杂程度的重要参量,长期以来被认为是与生态过程建模、空间模式理解、环境变化分析密切相关的重要地面特征,其量化方法与研究尺度直接影响着地表覆盖异质性分析结果的科学性与准确性。现有量化方法局限于小区域,忽略大范围地表覆盖的复杂特征及空间分层异质性,缺乏对地表覆盖数据组成和构型复杂性的充分考虑,导致地表覆盖异质性量化分析结果存在同值异质的现象,异质性相似的区域难以区分,地表覆盖异质性特征无法得到完整地描述与准确表达。本文在深入分析国内外相关研究成果的基础上,提出了面向大范围地表覆盖异质性描述的量化建模方法,包括:顾及多特征的自适应量化模型构建,基于格局相似性的多级异质性类型划分、基于对象的异质性变化研究方法,形成了“特征提取-模型构建-对象分割-多级划分-变化分析”的地表覆盖异质性信息完整量化分析流程。并以Globe Land30为数据基础,构建了面向大范围地表覆盖异质性量化的综合模型系统。主要研究成果如下:（1）提出了面向大范围地表覆盖异质性描述的量化方法总体框架通过对地表覆盖异质性进行概念解析,分析地表覆盖特征,提出基于信息论的地表覆盖异质性自适应量化思路。首先构建异质性共生直方图表达模型,采用信息论相关指标构建复杂度模型,实现大范围地表覆盖异质性的定量描述;然后针对大范围下异质性量化未顾及分层特征,导致类型划分结果存在连续性不足的问题,采用基于格局相似性的方法实现了地表覆盖异质性类型划分;最后,基于地表覆盖异质性的定量和定性信息,提出了顾及类型转换和数值变化的异质性变化分析框架。（2）构建了基于信息论的地表覆盖复杂度自适应量化模型通过分析大范围地表覆盖异质性量化存在的问题,构建二元共生颜色直方图同时描述地表覆盖的组成和构型,采用相对互信息衡量组成与构型的可靠性,自适应调整权重构建面向大范围地表覆盖异质性的量化模型。（3）提出了基于相似性计算的多级地表覆盖异质性类型划分方法地表覆盖异质性类型划分存在着连续性不足的问题,引入面向对象思想,提出了一种基于格局相似性的“特征提取-相似分割-类型划分”地表覆盖异质性类型层次划分方法。实验结果表明,分类结果有效顾及了地表覆盖分层异质性,内部同质性较强,类型划分效果较好。（4）设计了基于对象的地表覆盖异质性变化检测方法针对地表覆盖异质性变化描述不完整的问题,采用基于对象分类比较法,从类型转变和数值变化两方面获取详细变化信息和变化趋势,同时结合地表覆盖异质性的变化类型,发展了一种基于对象的地表覆盖异质性变化分析检测方法。（5）设计实现了大区域地表覆盖异质性量化与分类验证系统针对地表覆盖异质性应用需求,应用Globe Land30数据,选取全球范围、非洲地区和中国地区分别计算和验证了本文提到的相关方法（包括地表覆盖多样性与破碎度、复杂度和异质性类型划分）。