陆面过程模式已成为人们研究气候变化必不可少的重要性工具。陆面过程模式已从早期简单的水桶模型发展为至今复杂的集成模式。集成陆面过程模式(Integrated Land Surface Model，ILSM)较全面地考虑了土壤-植被-大气间的交互作用，并在陆表水热、碳氮循环研究中得到了广泛应用。然而目前ILSM中的物候模块在模型结构及模型参数化方面存在许多问题，不能准确地估算植被物候期，导致ILSM不能很好地模拟土壤-植被-大气间季节性交互作用。鉴于这样的研究背景，本论文发展了一个新的物候模块，并开展了其应用研究。　　本论文首先在现有遥感物候模型基础上基于叶面积指数(Leaf area index，LAI)数据，发展了一个能够模拟物候多时相且具备较高模拟精度的植被物候遥感反演模型，即Sigmod curve(Scurve)模型，并对其进行了结果验证;随后，以集成陆面过程模式Dynamic Land Model(DLM)为框架，通过引入生长季指数模型(Growing season index，GSI)，发展了DLM中的物候模块，即GSI物候模型。通过对比全球通量塔站点观测资料及遥感物候数据，定量评估了DLM模式在站点尺度上的物候模拟性能;接着以美国大陆（Continental United States，CONUS）为研究区，应用美国国家物候网络(USA-National Phenology Network，USA-NPN)观测数据及Scurve模型的反演结果对DLM模式在区域尺度上的物候模拟结果进行了定量评价。最后基于ClimaticResearch Unit-National Centers for Environmental Prediction(CRUNCEP)数据集（1980～2010年）及Coupled Model Intercomparison Project5(CMIP5)多模式大气数据集（2011～2050年），应用Scurve模型、DLM模式及Community Land Model(CLM)模式模拟分析了北半球落叶植被长时间序列（1980～2050年）的生长季时空变化特征。主要研究成果总结如下:　　(1)研发的Scurve遥感物候模型能较精确地模拟植被物候期。　　Scurve模型属于诊断性模型。它通过LAI拟合函数的曲率极值和曲率变化率极值加权平均提取植被物候期。Scurve模型的LAI拟合函数统一了Asymmetric Gaussian(AG)函数和Logistc(LC)函数。通过对比山东地区和青藏地区的物候站点观测资料，Scurve模型反演的植被展叶期结果和休眠期结果都优于AG模型和LC模型。Scurve模型的物候识别率明显高于AG模型和LC模型。在对LAI曲线的拟合性能方面，Scurve模型相比AG模型和LC模型具有较高的拟合精度。另外，通过对比USA-NPN物候观测资料及美国地质调查局(United States Geological Survey，USGS)遥感物候产品，Scurve模型反演的生长季始期(Start of growing season，SGS)和末期(End ofgrowing season，EGS)结果的精度都高于USGS产品。尽管Scurve模型的反演结果和USGS物候产品都早估了SGS，晚估了EGS，但前者的早估偏差和晚估偏差都明显低于后者。　　(2)发展的DLM模式中的物候模块能较合理的模拟植被物候相变。　　DLM模式中的物候模块属于预后性模型。它以GSI模型为基础，将物候期划分为:展叶期、正常生长期、落叶期和休眠期。针对不同的植被功能型，使用模拟退火算法对物候模型参数进行了优化。为了评价GSI模型的物候期模拟性能，使用了Growing degree day(GDD)模型作为对比模型。通过对比观测资料，结果显示:(i) GSI模型相比GDD模型显著降低了DLM模式对物候期的模拟偏差，其中将SGS模拟偏差平均降低了48.2％，EGS模拟偏差平均降低了39％;(ii) GSI模型相比GDD模型显著提高了DLM模式对植被总初级生产力（Gross Primary Production，GPP）的模拟精度，其中将GPP均方根误差降低了8.0％，将GPP一致性指数提高了7.5％;(iii) DLM模式模拟美国大陆地区的物候期精度高于CLM模式。前者估算的SGS偏早，但偏估水平不明显;后者估算的SGS偏晚且具有较大幅度的偏估特征。DLM模式和CLM模式都早估了该地区的EGS值，但前者具有较低的早估偏差。　　(3)北半球近30年植被生长季年际均值的空间分布特征主要表现出纬向变化特点。这种空间分布特征和气温密切相关，同时受植被类型影响。　　近30年来，北半球植被生长季年际均值的纬向变化特点和气温分布密切相关。相关性统计表明在气温较高的地区，生长季开始较早，结束较晚，其长度(Length of growing season，LGS)较长。生长季年际均值的空间分布特征还和植被类型有关。统计显示，生长季开始时间最早的植被类型为落叶阔叶林，最晚的为落叶灌木，生长季结束时间最早的植被类型为落叶灌木，最晚的为落叶阔叶林，生长季长度最长的植被类型为落叶阔叶林，最短的为落叶灌木。　　(4)受增温影响，北半球植被在过去30年和未来40年生长季年际变化趋势都较为显著。在这两个研究时期，生长季年际变化趋势的空间分布特征均和气温变化率密切相关。　　在过去30年和未来40年，北半球植被生长季始期年际变化均呈现显著的提前趋势，末期均呈现显著的推迟趋势，生长季长度均呈现显著的延长趋势。植被生长季的年际变化显著受气温影响。在过去30年和未来40年，气温都呈现显著的升高趋势，其升高幅度分别为1.3℃和2.3℃。相关性统计表明:在这两个研究时期内，增温均促使生长季开始时间提前，结束时间推迟，生长季长度延长。平均来看，气温每升高2℃，SGS分别提前3天和3～6天，EGS分别推迟2～3天和1～2天，LGS分别延长4～6天和4～7天。　　在过去30年，生长季年际变化趋势的空间分布和气温变化率密切相关。在该时期，北半球气温在绝大部分地区都呈现升高趋势。相关性统计表明，在增温较为显著的地区，SGS的提前趋势、EGS的推迟趋势及LGS的延长趋势都较为明显。在未来40年，生长季年际变化趋势的空间分布很可能和气温变化率有关。在该阶段，北半球气温在绝大部分地区很可能呈现升高趋势。而在增温较为显著的地区，SGS的提前趋势、EGS的推迟趋势及LGS的延长趋势都可能较为明显。