植被对于地表能量平衡、水循环和碳循环有着重要的影响。植被通过冠层辐射传输过程影响地表能量的分配,并通过光合作用过程影响全球的碳循环过程。陆面模式是研究陆面过程的重要工具,而冠层辐射传输过程和光合作用过程是陆面模式中物理过程以及生化过程中重要的组成部分。目前陆面模式中广泛应用的二流模型假设叶片正反面的光学性质相同,冠层垂直结构均匀,而这些假设与实际情况相差较大。本文将一种更加准确描述冠层辐射传输过程的计算方案,通用冠层辐射传输方案,耦合到SSiB陆面模式中。与二流辐射传输模型不同,通用冠层辐射传输模型考虑了正反叶片光学性质不同的情况以及冠层垂直结构不同,这使得模型更加实际情况。本文中我们推导冠层辐射传输模型的简化公式,适用于二流模型和通用冠层辐射传输模型。首先根据地表反射率为零时的冠层辐射传输的解,我们导出了散射辐射和直射辐射在任何土壤反射率下的冠层辐射传输的解析解公式。利用导出的解析解公式,我们可以快速求解不同下垫面的反射率情况下(裸土或雪)的冠层反射率、冠层透射率、冠层吸收率以及其他与辐射过程相关的物理量。这种方法得到的结果与模式计算结果有相同的精度。对于同一种植被,利用植被不同生长阶段土壤反射率为零时辐射传输的解与叶面积指数进行拟合,可以快速求解不同叶面积指数时冠层内辐射传输的基本解,然后结合解析解公式可以进一步求出不同下垫面反射率情况下冠层辐射传输过程的结果,使得冠层辐射传输计算过程进一步简化。这种不同植被类型和地表条件结合的方法可以提前计算不同条件下的冠层反射率、透射率和吸收率,模式计算时可以通过查表的方法获得结果,减少计算时间。利用SACOL站观测的半小时的通量资料驱动单点的SSiB模式,结果表明,与SACOL/two-stream相比,SACOL/GRTS模拟的地表反照率以及向上的短波辐射更加接近于观测的结果。SSiB/GRTS考虑了热带雨林地区冠层垂直结构不均匀的情况,与SSiB/twostream结果相比,SSiB/GRTS模拟的冠层反照率减小,冠层透射率增加,而模拟的地表反照率减小,更加接近于MODIS的结果。冠层吸收辐射相比于SSiB/twostream的模拟结果,SSiB/GRTS在热带雨林地区模拟的冠层吸收辐射减小,最大的差异出现在秋季的亚马逊地区,为-18.4W/m2,而SSiB/GRTS模拟的地表吸收率则显著增加,最大的差异为25.45W/m2。在北半球冬季,通用辐射传输模型在叶面有雪覆盖时模拟的反照率更高。研究表明,卫星观测的叶绿素荧光与光合作用和植被的总初级生产力有显著的相关。我们将叶绿素荧光模型耦合到SSiB陆面模式中,而叶绿素荧光作为光合作用的副产品,可以用来评估陆面模式模拟植被的光合作用过程的能力。本文我们详细描述了如何将叶绿素荧光耦合到光合作用模型,并进一步耦合到SSiB陆面模式中,利用GOSAT卫星资料评估陆面模式对于叶绿素荧光的模拟效果,并进一步揭示其与GPP的关系。陆地上的碳循环和水循环之间的关系非常复杂,通过土壤、植被的根和叶以及大气等过程联系起来。但是在全球尺度上,目前我们还不清楚碳、水循环之间的关系的表现特征,这也使得模式中的碳、水循环的模拟存在很大的不确定性。我们第一次利用全球范围内高精度的叶绿素荧光和土壤湿度观测资料来研究SSiB陆面模式中碳循环和水循环之间的关系。我们改进陆面模式中的土壤模型和光合作用模型中的关键参数,并最终提高模式对于总初级生产力的模拟能力。我们调整了SSiB陆面模式中B参数以及饱和水导率后,模式模拟的土壤湿度与SMOS卫星资料更加接近,但是与卫星资料相比,叶绿素荧光和总初级生产力的模拟则变差了,这也说明了陆面模型中土壤湿度对于植被的光合作用过程有很大的影响。进一步研究我们发现,萎蔫点系数是连接陆地碳循环和水循环的重要参数,我们调整模式中的萎蔫点系数之后,土壤湿度、叶绿素荧光和总初级生产力的模拟都更加接近于观测,特别是在半干旱地区。本文利用全球范围内的碳循环和水循环的观测资料帮助我们更近一步揭示两者之间的关系。