目前，研究陆地生态系统对（过去、未来）气候变化的响应是全球气候变化研究的焦点之一。近年来，因物候变化研究成为全球气候变化的一项独立证据而受到学术界重视。物候学是研究自然界的植物（包括农作物）、动物和环境条件（气候、水文、土壤条件）的周期变化之间相互关系的科学，被视为“大自然的语言”和全球变化“诊断指纹”，不仅是全球植被和陆面过程模型的重要参数，还是表征陆地生态系统对气候变化响应和适应的综合性指标。近年来，各种新技术（高时空分辨率的传感器）的应用为物候研究的发展注入了新的动力，本研究就是基于生态原位数字技术的我国典型生态系统关键物候期及碳通量模拟开展的研究。　　本研究依托中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)4个典型生态系统，基于自行设计的数据采集系统，实现了野外条件下数字图像的自动拍摄、自动获取、自动保存及室内半自动分析。利用安装在通量塔上的数字相机获取的长时间序列图像数据，经过对地物敏感波段信息的提取、组合及指数选择，确定了一种描述刻画植被冠层实时状态的绿度指数，结合气象数据及通量数据，探讨数字相机在各典型生态系统物候模拟及碳通量估算中的作用。通过对比分析及模型拟合，定量分析研究不同生态系统群落物候及GPP的环境主控因子。得出如下结论:　　(1)建立了基于数字相机提取某单一物种（红松、蒙古栎、冬小麦）及植被群落的物候信息的方法、流程，并获取了较为准确的物候信息。基于农田生态系统获取较为准确的冬小麦物候期（与人工观测数据比较，2011年的误差＜3 d，2012年的误差为4 d）;基于长白山阔叶红松林为研究对象，利用数字相机能获取物种（个体）尺度上（红松、蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较，误差＜3d)。　　(2)在各典型生态系统中，绿度指数可定量表示日总生态系统交换量(GEE)。在农田生态系统中绿度指数与GEE的相关性最高(R2=0.66);在高寒草地生态系统（当雄站），绿度指数与GEE的相关性最低(R2=0.36);在温带阔叶红松混交林，绿度指数与GEE的相关性居中(R2=0.62)。　　(3)利用数字相机的时间连续性特点，基于以上图像提取信息方法为单一物种、植被物候模型(GSI: Growing Season Index)及光能利用率(LUE: Light efficiency model)模型的校正及本地化提供了新的数据源。因绿度指数具有以下优点:1）能定量表示植被所处的生长状态，2）采样频率高，可提供丰富的数据。基于农田生态系统，通过对不同参数组合得到的LUE模型模拟精度的比较，获取了模拟高精度(R2=0.9)站点尺度GPP的快捷方法。例如:基于水分因子在当雄高寒草地生态系统(DX)生长的重要作用，将物候模型中水分限制因子饱和水汽压差(VPD)替换为实际起主导作用的表层土壤含水量(SWC)之后，模拟精度得到大幅度提升(R2=0.83);基于森林生态系统的生长过程，对模型中参数阈值进行了分段拟合，提高了基于气象数据的物候模型的模拟精度(R2=0.90)。　　(4)通过本研究，改进了GSI、LUE模型在典型农田、森林、草地生态系统的应用，明晰了控制各个典型生态系统植被物候和总初级生产力(GPP)的环境主控因子。在灌区农田生态生态中，验证了温度是植被生长的主要限制因子。不同的草地类型，主控因子不同，其中在高寒草地生态系统中，通过线性回归分析得知植被群落生长过程与表层(≤10 cm)土壤含水量的变化较为一致(R2＞0.70)，而温度对高寒湿地植被的生长具有重要作用。在北方森林生态系统中，理论日照长度（日长）和温度均具有重要作用，在春季，当日长达到一定阈值之后温度才发挥作用;在秋季，控制物候的因子是日长，温度也起到重要作用。　　本研究论证和实现了数字相机在物候监测中的作用和应用，不仅能有效地提供基于物种（个体）尺度的准确物候数据，还可获取群落尺度物候信息。表明数字相机可作为物候监测的一种有效手段，弥补人工监测的不足，尤其是在人工观测难以到达及监测短命植被的物候现象方面提供了良好的工具。作为一种新的、能定量刻画植被冠层状态的图像数据源，通过对物候模型的参数校正，建立了可以基于主要气象、环境变量运行的高精度物候模型。为陆地气候模型中物候模块的修改提供了可能，将有利于更好的预测陆地生态系统对全球气候变化的响应。