我国地处生态环境脆弱气候多变的东亚季风区,在全球变化和社会经济高速发展的影响下,环境问题愈发突出,其中最为严峻的,是占国土面积40％的北方地区干旱化的问题。单纯从水资源及其管理与调配着手,不可能从根本上认识和解决干旱化问题,因为干旱化与水及植被有着密切关系,属于生态水文问题。开展生态水文特征参数的模型模拟与遥感定量化是研究生态水文问题的有力途径,对生态-水文过程进行研究具有重要的理论意义与实际应用价值。复杂地形区遥感影像具有严重的地形效应,直接影响到生态水文特征参数的遥感定量化精度,因此,对复杂地形区遥感影像进行参数定量化必须先进行地形校正;为此,本研究在遥感影像地形校正的前提下,着力发展和改进一个考虑地形效应的适用于黄土高原复杂地形条件下植被稀疏地区的蒸散发二源遥感估算模型,以期提高复杂地形区蒸散发遥感估算精度和可操作性;并在对IBIS进行改进,从而为进一步分析黄土高原复杂地形条件下的生态水文特征参数特别是蒸散发的空间分布以及生态水文过程的模拟提供一个有力工具。具体来说,论文主要从以下5个方面展开研究:　　 ⑴简单高效的VECA地形校正新模型研究。基于遥感影像地形效应的统计理论,建立了地形校正前后影像像元辐亮度值与地形变量cosi即入射角余弦之间的回归关系概念模型,并在此基础上推导了一个地形校正新模型即VECA模型。并在DEM的支持下,与10个国际主流地形校正模型即b校正、C校正、Teillet-回归校正、SCS+C校正、Minnaert校正、Minnaert-SCS校正、Cosine-T校正、Cosine-C校正、SCS校正和Cosine-b校正模型进行了地形校正效果比较实验,结果表明,VECA模型与b校正模型表现出最好的校正效果,并且与b校正相比,VECA校正实现起来也更加容易,可操作性更强。　　 ⑵DEM精度对地形校正效果和LULC分类的影响研究。采用两种DEM即来源于1:5万地形图的DEM和约90米精度的SRTMDEM进行地形校正实验,并对校正结果进行了视觉分析和统计分析;同时,分析了不同精度DEM支持下的地形校正对LULC分类精度的影响。通过校正实验,得出了一条具有广泛应用价值的结论:在进行土地利用覆被分类时,如果无法获得高精度DEM如1:5万地形图DEM时,利用易获取的SRTM DEM进行地形校正也是一条行之有效的途径,但在地形校正前必须对SRTM DEM进行重采样。　　 ⑶基于SRTM DEM的VECA地形校正支持下的LULC分类。利用VECA模型和SRTM DEM对泾河流域128/35景ETM+影像进行了地形校正,通过对校正结果的视觉分析和统计分析,发现该地形校正方案有效消除了遥感影像的地形效应,并在此基础上,进行了LULC分类,并为后续生态水文过程参数的模型模拟和蒸散发的遥感估算提供数据支持。　　 ⑷N95二源遥感模型的改进及其支持下的蒸散发遥感估算。针对黄土高原复杂地形区地表覆被不均一、植被稀疏的特征,论文首先对N95蒸散发二源遥感模型进行了改进。重点改进了地表净辐射的计算,考虑了坡度、坡向对太阳辐射和地表长波辐射的影响;同时,地表反照率、零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项、土壤表面的空气动力学阻抗等均采用新的方案进行计算。利用改进后的N95二源模型对研究区瞬时蒸散发进行了遥感估算,利用日尺度扩展模型将瞬时蒸散发转换为日蒸散发,并对研究区日蒸散发的空间分布特征进行了分析;并利用剩余阻抗法和参考蒸散作物系数法计算实际蒸散发的方法对N95二源模型法遥感估算结果进行了间接精度评价,比较验证表明改进的N95二源模型可用于黄土高原复杂地形植被稀疏条件区蒸散发的遥感估算,从而为后续模型模拟蒸散发进行空间比较验证提供数据支持。　　 ⑸IBIS的改进及其对多尺度流域生态水文参数的分布式模拟。根据集成生物圈模拟器IBIS未考虑高分辨率模拟情况下地表起伏对太阳辐射等参数的影响的特点,首先改进了IBIS的地表太阳辐射计算模块,并在此基础上改进了日气象数据读取模块,增加了坡度、坡向数据读取模块。在土地利用/覆被数据、DEM、坡度、坡向和降水、气温、云量、湿度、风速等气象数据的支持下,利用改进后的IBIS分别对泾河及其子流域在0.0415°、0.0083°、0.005°和0.001°空间尺度上的生态水文过程参数进行了模拟,并用二源遥感估算的蒸散发进行了验证分析。泾河流域、马莲河流域、东川河流域和合水川上游流域的模拟结果表明,改进后的IBIS具有较强的跨空间尺度模拟能力,模型很好的模拟出了不同空间分辨率尺度下的流域生态水文参数如实际蒸散发、根系呼吸碳量、上层植被覆盖度、净第一性生产力、感热通量、体积含水比、土壤含水量/比和土壤温度,生态水文参数模拟结果综合反映了植被分布、土壤属性分布和气象要素空间分布的特征,并且模拟蒸散发与二源遥感估算蒸散发结果比较一致,总体空间分布形态和趋势具有相似特征,但在2000年5月3日,模拟蒸散发相比遥感估算蒸散发数值相对偏小。总的来看,改进后的IBIS模型在黄土高原的泾河流域、马莲河流域、东川河流域和合水川上游流域的生态水文过程参数模拟都取得了成功,说明改进后的IBIS模型具有较好的日、月、年时间尺度模拟能力和低、中、高空间尺度(如0.0415°、0.0083°、0.005°、0.001°等空间分辨率)模拟能力,为进一步的生态水文过程参数模拟和机理分析打下了坚实的基础,为生态水文过程交互作用的研究提供了一个有效的工具。