总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）是陆地植物通过光合作用吸收的碳量,是陆地生物圈与大气之间主要的CO2通量,在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。因此准确量化区域GPP对于理解陆地生态系统和大气的交互作用至关重要。近十年来,由于植物叶绿素荧光与光合作用在生理上的紧密联系,基于卫星反演的日光诱导叶绿素荧光（Sun-Induced chlorophyll Fluorescence,SIF）成为估算陆地生态系统植被生产力的新手段。然而,GPP和SIF的关系还受到多种因子的影响,例如:环境条件、冠层结构、太阳-传感器几何和植被功能型等。本研究在不同的尺度上探究了植物叶绿素荧光和光合作用的关联机制以及气候调控。主要研究内容和结论如下:（1）本研究首先探究了亚热带常绿针叶林冠层垂直梯度上能量分配（荧光、光化学和热耗散）的差异以及对于环境因子和生理生化条件的响应。发现冠层能量分配存在显著的垂直异质性,而且在能量分配过程中冠层顶部热耗散占主导作用,而底部更多光能用于光化学反应。能量分配的季节动态除了受到光合有效辐射的调控还受到叶片叶绿素含量和叶片氮含量的调控。同时不同冠层高度荧光产量和光合产量之间的负相关关系存在垂直异质性,这可能主要受到光梯度的调控。在低光条件下荧光产量和光合产量之间具有负相关关系,而在非低光条件下增加的热耗散破坏荧光产量和光合产量之间的平衡。因此,在探究常绿森林荧光和光合作用关系时需要考虑光环境和生理生化条件的垂直差异。（2）其次,在中国陆地生态系统使用基于卫星的GOME-2 SIF探究不同气候区的GPP、SIF和GPP/SIF的时空格局以及气候控制。研究发现多年平均的GPP和SIF具有较好的时空一致性。多年平均的GPP/SIF具有明显的空间异质性,主要表现为高值出现在中国的东南和西南区域,低值出现在华北平原和青藏高原。同时SIF产量受到环境调控,环境条件对于SIF产量和GPP光利用效率相似的控制格局和响应趋势证明了SIF和GPP的紧密联系以及使用SIF代理GPP的潜力。但是最低温度、植物吸收光合有效辐射和水分条件也会约束GPP/SIF的变化,影响GPP和SIF的动态关系。（3）最后,利用GOME-2 SIF和FLUXCOM GPP以及气候数据探索全球植被GPP-SIF关系的空间格局以气候响应。无截距线性回归的斜率（GPP/SIF）和确定系数（R2）被用来表示GPP-SIF关系,斜率包含有关荧光和光合作用的光能分配的信息。GPP-SIF关系的斜率和R2具有明显的空间异质性,高斜率主要分布在热带地区和北方地区,而高R2主要集中在北半球的温带生态系统。GPP-SIF关系的空间变化表现出明显的气候依赖性。在空间上斜率对多年平均降水量的响应几乎呈正线性,而对多年平均光合作用辐射和多年平均温度的响应是非线性的。在气候空间中下,我们还发现GPP-SIF关系受到环境变量的共同约束。此外,GPP-SIF关系对自校准帕尔默干旱严重性指数（Self-Calibrated Palmer Drought Severity Index,sc PDSI）的敏感性表明土壤干湿程度会约束GPP-SIF的关系,干旱区域表现出低的斜率的R2。这可能归咎于干旱更多的限制了GPP,而且环境胁迫条件会通过增加热耗散破坏荧光与光合作用之间的关系。总之,本研究从冠层垂直梯度能量分配、区域气候控制和空间变化的气候响应三个角度研究了植物叶绿素荧光和光合作用的关联机制与气候调控。结果表明环境因子会调控荧光和光合作用的关系,准确量化叶绿素荧光和光合作用的关系不可忽略环境因子的影响。本研究为参数化气候因子提高基于SIF的GPP模型估算精度提供了理论支持。