地面激光雷达系统获取林下多角度高分辨率数据,全波形回波记录可提取详细的森林信息。本文选取了美国东北部新英格兰地区六个森林结构各不相同的样地作为研究区,进行遥感数据的获取和林地实地数据的测量。在小样方尺度和样地尺度上,反演的森林结构参数包括树木胸径(DBH)、株数密度、胸高断面积和地上生物量都与实地测量数据有着很好的相关性,且有着较高的反演精度。　　 本文通过先验知识选取样地上的优势树种,利用这种方法计算材积方程的输入参数进行生物量反演,反演结果精度较高。在数据统计分析中,本文使用压轴回归法(ReducedMajor Axis Regression)同时考虑到自变量和因变量的误差,优于一般最小二乘法。基于时间序列数据,本文对空间小尺度上的森林变化进行研究,探讨定量监测森林生物量和碳蓄积量的方法。在哈佛森林样地,反演结果显示,2008年12月冰暴干扰致使针叶林和阔叶林的叶面积指数值分别降低了13％和10％。在样地尺度上树木平均胸径值没有减少,以此为基础的材积方程所反演生物量并没有显著变化。在森林水平结构参数无显著变化的情况下,为了定量估测干扰作用对森林结构和生物量的影响,还应考虑叶面积指数(LAI)、叶面积体密度廓面(Foliage profile)等能够表示森林冠层垂直结构变化的参数。在Howland森林渐伐针叶林样地,从2007至2009年,反演得到的胸径、生物量、LAI和foliage profile等森林结构参数都显示出森林的增长,与实测数据符合。在样地尺度上,反演的冠层高度与航天激光雷达系统LVIS的冠层高度产品有较高的相关性,可用于LVIS数据的地面验证。总之,ECHIDNA地面激光雷达系统能够以较高精度反演森林蓄积量、生物量、森林生产力和森林立地特征,能够在空间小尺度上以较高精度监测森林变化,可为其它遥感系统的地面验证提供数据。