地表反照率作为最关键的陆地参数,已经广泛应用于地面能量平衡分析、天气预测和全球变化等研究领域。利用卫星观测数据反演地物光谱反照率,地物二向性反射分布函数BRDF需要预先确定。中分辨率成像光谱仪MODIS通过“16天”的时间窗口累积地物的多角度观测并要求晴空有效观测多于7个的时候才进行全反演,这在热带区域、南方山区以及沿海城市很难得到满足;同时,MODIS将“16天”的累积周期内地表视为静态的做法在地表发生较快变化的期间(如植被的生长期或落叶期等)会产生较大误差。此外,对于可见-近红外遥感,云和高浓度气溶胶始终是晴空有效观测累积的最大障碍。基于上述原因,本论文在参考国内外不适定问题反演理论的基础上发展了一种正则化滤波算法,对MODIS BRDF主体算法进行了有益的改进和扩展。主要的工作和研究成果包括:　　 1.在核驱动BRDF模型反演过程中,深入分析了遥感数据误差传播的机制,提出使用卫星传感器信噪比来建立正则化参数初始猜值并根据先验的地物BRDF知识产生光滑约束矩阵,改进了基于MODIS图像的地表BRDF反演算法,实现了超定和欠定情形下的核驱动BRDF模型参数的反演;　　 2.以辐射传输为基础,通过引入天空光各向异性因子,修正了地物光谱反照率的计算方法,提高了真实大气条件下地物瞬时光谱反照率的计算精度:　　 3.使用本文提出的反演方法,基于POLDER数据反演了0.25μm-2.5μm的短波反照率;　　 4.使用POLDER观测数据定量分析了地表反照率对大气辐射传输问题的影响。　　 本文研究工作为我国未来卫星地表参数产品的开发提供了算法支撑,提高了卫星遥感数据的利用率,对地球科学、遥感等领域的反演问题具有算法借鉴的作用。