森林冠层结构参数显著影响地表与大气之间的物质和能量交换,也是进行全球变化研究的重要基础数据。反演森林冠层反射率模型是目前在全球或区域尺度上快速获取森林冠层结构参数最为经济、有效的手段。现有的森林冠层反射率模型大多都假设森林冠层生长在平坦地表,然而真实的森林往往生长于起伏不平的坡地之上。这种极端简化的平坦地表假设会造成模型反演的森林冠层参数明显偏离其真实值,因此基于这些参数模拟的地表物质与能量通量的可靠性受到了严重的影响。众多研究表明,地形对森林冠层结构和冠层反射率都有重要影响。为了在复杂地形条件下应用基于水平地表发展的森林冠层反射率模型,国内外学者较多地采用了地形校正的方法对模拟结果进行调整,而从森林冠层结构与遥感观测反射率之间的机理出发建立适用于坡面地形的模型理论研究较少。因此,迫切需要开展坡面地形在森林冠层反射率模型中的表达方法研究,构建适用于不同地形条件的森林冠层反射率模型,为提高坡面地形条件下植被遥感反演森林冠层参数的可靠性提供有效技术工具和参考。研究成果对提高森林冠层遥感机理研究水平和推动遥感在全球变化研究方面的广泛应用具有重要的科学意义和实际应用价值。本研究针对现有森林冠层反射率模型存在的缺陷和遥感应用的实际需要,主要研究：1)坡面地形在森林冠层反射率模型中的表达方法。以考虑水平地面背景的4尺度几何光学模型为基础,构建适用于坡面森林冠层的新几何光学模型(GOST)；2)根据光子在森林冠层中的辐射传输理论,模拟坡面冠层中阴影地面和阴影叶片的多次散射反射率,发展普适性的坡地冠层辐射模拟算法。结合几何光学模型对森林冠层结构考虑细致、易于建模和辐射传输模型擅长处理冠层内多次散射的优点,构建适用于坡面森林冠层的新混合反射率模型；3)验证模型模拟的坡面森林冠层四分量面积比例和反射率；4)以新模型为基础,定量评价地形因素对坡面森林冠层反射率及植被指数的影响。研究得出的主要结论归纳如下：1)本研究构建了考虑坡面森林冠层的新几何光学模型(GOST)。模型模拟的四分量面积比例与用计算机图形学技术虚拟的三维森林冠层统计结果十分吻合,结果显示GOST模型具有模拟坡面森林冠层孔隙率和四分量(光照叶片、阴影叶片、光照背景和阴影背景)面积比例的能力；2)新混合反射率模型具备几何光学模型和辐射传输模型的共同优点,可以成功的模拟坡面森林冠层阴影分量的反射率和坡面森林冠层的二向反射率。这个新模型为发展考虑坡面间多次散射的坡面森林冠层反射率模型奠定了良好的研究基础；3)地形因子可以显著的影响坡面森林冠层阴影分量的二向反射率。红光波段坡面冠层的多次散射反射率占总冠层反射率的比例小于3%,因此在某些研究中可以被忽略。由于叶片可以强烈的散射近红外光,因此坡面冠层近红外波段的多次散射在总的冠层反射率中占据了较大的比重,甚至可以高达40%；4)利用适用于坡面冠层的新混合反射率模型模拟三个坡面森林冠层的反射率,结果显示同时考虑坡面冠层结构和多次散射的反射率模拟结果与MODIS表面反射率产品最为接近(ed band:R2=0.8614,RMSE=0.0055;NIR band:R2=0.7573, RMSE=0.0214);如果只考虑地形因子而忽略多次散射过程(红光波段的多次散射可以被忽略),模型模拟的二向反射率会被略微低估(R2=0.7771,RMSE=0.0070);如果只考虑多次散射过程而不考虑地形因子(近红外波段),模型模拟结果在所有情景中最差(R2=0.5176,RMSE=0.0302)。这个结果表明了地形效应在光学遥感中对于坡面森林冠层反射率的重要作用；5)地形因素对坡面森林冠层反射率(红光和近红外波段)和植被指数(以SR和NDVI为例)的定量评价结果显示,地形因素对坡面森林冠层的反射率和植被指数有很大影响。首先,模型模拟得到的反射率地形影响因子|RER|(坡面与平面森林冠层反射率之间的相对误差)可以达到138%,观测数据最大的|RER|可以达到99%。对于植被指数,模型模拟得到的地形影响因子|REV|可以达到64%,观测数据的最大|REV|可以达到178%；其次,地形因素在不同观测角度对坡面冠层反射率和植被指数的影响程度不同,在应用多角度遥感影像中获取的反射率或植被指数时应该充分考虑地形因素造成的影响；最后,地形因素对不同冠层结构的森林反射率和植被指数影响不同,因此,在使用地形校正方法时,如果只考虑了地形因素而不考虑坡面森林冠层结构会对校正结果造成很大的不确定性。