日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的光合作用动态变化及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中,仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理,从机理出发理解SIF与植被结构的相互作用并分析影响SIF激发的主要因素将有助于更好地理解SIF与光合作用以及生物量的内在联系。因此,植被SIF辐射传输模型在解释和利用SIF信号方面具有重要的作用。植被SIF信号相对较弱,且受环境、植被和生理等多种因子的影响,需要定量化的描述,这为SIF辐射传输模型的构建带来挑战。近年来,大量学者已经发展一系列SIF辐射传输模型,为SIF遥感的发展提供了坚实的理论基础。但目前现有的冠层模型中存在较多假设,模拟场景多为虚拟构建,不能模拟真实场景中的SIF分布和冠层SIF信号。且三维模型多应用光线追踪方法模拟辐射传输过程,运算量大,运算时间长,模型效率较低。本研究基于激光雷达(Li DAR)遥感和植被冠层辐射传输过程,构建了植被冠层SIF三维分布模型。研究首先收集了南京白马森林样区数据集,包括Li DAR点云,直射和散射光合有效辐射(PAR),冠层SIF,叶片生化参数等作为模型输入和验证数据。在模型构建上,首先建立了叶片尺度SIF模型,然后升尺度到冠层,进而模拟了观测范围内冠层SIF日变化,与实测数据对比进行模型验证。在此基础上,分析了植被冠层SIF的三维分布特征。具体研究内容和结论如下:(1)在植被冠层PAR三维分布模拟方法基础上,建立SIF三维分布模型。模型耦合了Fluspect模型,SCOPE模型中的大气辐射传输模块,以及四尺度模型对光照叶片和阴影叶片散射系数模拟的方法,成功模拟基于Li DAR点云SIF的三维分布。模型中包括从叶片到冠层升尺度的方法,并考虑了SIF的多次散射过程,模拟冠层上方所观测到的SIF。该模型代码已在Matlab中实现。(2)开展了植被冠层SIF三维分布模型的验证。研究首先开展了模型输入数据的采集和冠层SIF实地观测,分为单株树木实验和森林冠层实验。单株实验中,模拟冠层SIF与实测SIF差异较小,R~2达0.9357。在南京白马样区森林实验中,模拟SIF与观测冠层SIF在上午11:00之前较为一致,中午12:00-14:00之间模拟SIF值低于观测值,且模拟SIF在15:00之后下降幅度更大。在时间分辨率上,1分钟和10分钟间隔模拟SIF与观测SIF之间拟合R~2分别为0.7127和0.7216。模拟冠层SIF与BF5记录的PAR的趋势非常吻合,1分钟和10分钟间隔数据的拟合R~2都达到0.9以上。通过对模型输入参数的敏感性分析,发现输入点云数据不同相邻点间距(NPD)会影响模型模拟精度,当NPD大于0.2米时,模拟与观测数据的R~2减小,RMSE增加;而叶绿素含量的改变对冠层SIF的大小影响较大,尤其是在叶绿素含量小于50μg/cm~2时,冠层SIF随叶绿素含量升高而增加的幅度较大。(3)定量评估了植被冠层的SIF三维时空分布特征。利用白马样区的观测数据,利用所构建的模型模拟,揭示了森林冠层PAR和SIF的三维分布规律。首先将模拟的PAR分为光合和非光合部分,分析光合部分SIF分布的时空变化规律,发现总体趋势与PAR相似。由太阳直射光激发SIF的值和空间分布差异在早上和下午较小,中午SIF值整体升高,且冠层顶部和冠层外缘不受遮挡叶片SIF值更高。随太阳高度角和方位角的变化,由直射光激发SIF的高值区域也发生移动;由散射辐射激发SIF由于散射PAR的计算方法,具有明显的高度分层,空间分布特征在一天内变化很小,同样在中午SIF值最高。在单株树中,随高度的增加,SIF总体呈上升趋势。本研究创新性为在利用Li DAR遥感基础上,耦合并改进了叶片和冠层辐射传输模型,加入叶片到冠层的升尺度方法,构建了森林冠层三维SIF分布模型。模型采用了真实场景信息,输入辐射等数据来自实地观测实验,实现了真实场景中森林冠层的SIF三维分布,且模型验证结果较好。但仍然存在一定不足,在未来工作中,研究将进一步完善模型算法,逐步减少模型中的假设条件,开展模型之间的交叉验证,探索更多的模拟分析可能。