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自工业革命以来，随着人类活动的加剧，排放到大气中的二氧化碳浓度逐年增长，由此导致的气温升高等一系列问题，已经引起了人们的广泛关注。作为陆地表层物质循环的核心之一，陆地生态系统碳循环是陆地和大气间二氧化碳交换的最主要调节器。现有的研究在大尺度(如大陆到全球尺度，105-108 km2)和小尺度(如生态系统尺度，10-2-10 km2)上取得了一些进展，相对来说，在中尺度(景观和区域尺度:10-105 km2)上，对碳循环的认识较薄弱。鉴于此，本研究采用自下而上的研究方法，首先通过改进遥感影像融合方法，为基于遥感的碳收支估算模型提供高时空分辨率地表反射率数据集;其次，在站点观测水平上（站点尺度），利用PRI(photochemical reflectanceindex)指数和光能利用率的关系，区分植被冠层阴叶和阳叶的光能利用率，以便更准确地对碳通量进行估算;然后利用通量塔观测数据得到针对研究区不同土地覆被类型的最大光能利用效率，进而采用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)气象再分析资料和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)光合有效辐射分量(fraction of PhotosyntheticallyActive Radiation，fPAR)数据，将站点观测的GPP(gross primary productivity)扩展到景观尺度;最后，利用机器学习方法（回归树），SAFE-f(Simple Analytical Footprint model on Eulerian coordinates)模型和影像融合方法，结合通量塔观测数据和遥感数据，建立完全基于遥感数据的NEE(netecosystem exchange of CO2)估算模型，并将站点尺度上的NEE扩展到景观和区域尺度。 得到了以下几点主要结论: (1)优化影像融合算法ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance FusionModel)，改进后的影像融合算法mESTARFM(modified version of ESTARFM)预测的类Landsat(Landsat-like)地表反射率具有更高的精度，所合成、预测的高时空分辨率的反射率数据可用于基于遥感数据的碳通量估算模型中。 (2)在站点尺度上，基于半经验核驱动的BRDF(bidirectional reflectance distribution function)模型(RossThick-LiSparse)，利用自动多角度光谱仪的高频率多角度反射率数据，通量塔观测数据反演的光能利用率ε和天气条件数据，将植被的光能利用率ε的多角度观测的方向性效应区分出来。同时建立了对应天气条件下的光照PRI指数和阳叶ε，阴影PRI指数和阴叶ε之间的关系，从而追踪到植被在不同阶段的PRI指数和ε的对应变化关系。本研究以玉米地为例，观测数据时间范围为2012年6月～8月，PRI指数和ε的对应关系为PRIsu=0.06339×log(εsu)+0.04882，PRIsh=0.02675×log(εsh)+0.01619，下标su，sh分别代表植被冠层光照和阴影部分，对应的相关系数的平方R2=0.6443,0.6081, p＜0.0001。 (3)采用基于通量塔观测数据的光能利用率模型将站点尺度上的GPP上推到景观尺度。其中，通过光能利用率模型反演得到研究区针叶林和阔叶林的最大光能利用率分别为0.6636 g C MJ-1和1.0852 g C MJ-1，决定系数(Coefficient of determination，R2)分别为0.6443和0.8717。 (4)基于遥感数据(Landsat)驱动的NEE预测模型可将通量塔观测的NEE上推到景观和区域尺度，得到景观尺度上高时空分辨率的NEE。与基于MODIS数据的类似尺度扩展的方法相比，本研究采用Landsat数据结合footprint分析的尺度扩展方法具有更高的精度:利用Landsat和MODIS数据预测得到的NEE统计参数分别为:R2=0.7548，0.5868，均方根误差(root-mean-square error,RMSE)=1.3979，1.7497 g C m-2 day-1，平均误差=0.8950，0.9726 g C m-2 day-1，相对误差=0.47，0.54 gCm-2 day-1。 总体而言，本文对与陆地表层碳收支相关的光能利用率，GPP和NEE进行了研究，对应的空间尺度分别为站点尺度，景观尺度，景观和区域尺度，同时利用影像融合方法提供高时空分辨率的地表反射率数据，为碳收支的估算提供输入数据。本文得到的结论可用于景观和区域尺度碳收支的研究和对比分析。