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生态系统碳循环对全球气候变化具有决定性影响。森林是陆地生态系统中最大的碳库,在实现碳中和目标中扮演重要的角色。人工林的碳汇作用被认为是减缓全球变暖效应的一种可能机制而成为全球变化研究的重要方向之一。森林干扰及恢复模式对碳蓄积能力的影响和碳循环模式对气候变化的影响等研究话题已成为政府和学术界的关注焦点。本研究的总体目标是以浙江省丽水市的3种典型人工林:杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）、栎类（Quercus L.）和马尾松（Pinus massoniana Lamb.）为例,发展一套基于遥感和模型整合的以提高大地域人工林碳核算精度的综合理论和方法体系,实现南方人工林在年际时间尺度和90 m分辨率空间尺度上碳源汇特征的精确识别。主要研究方法和研究结果如下:（1）本研究利用长时间序列Landsat遥感观测值和植被变化追踪模型（Vegetation Change Tracker,VCT）构建了研究区森林干扰和恢复历史数据集（1989-2019）,据此,定义了3种像元类型:在时间序列内的发生干扰后恢复为森林的像元（Within Period’s disturbance and then Recovered,VCT-IPR）、在时间序列之前发生干扰后恢复为森林的像元（Pre-Period’s disturbance and then Recovered,VCT-PPR）和持续森林像元（Persisting Forest,VCT-PSF）,并提出了人工林年龄空间制图的三层结构框架（（1）利用Landsat时间序列堆栈中干扰斑块光谱上恢复成森林信号的年份减去干扰发生时的年份,再加上2年平均苗龄实现VCT-IPR年龄估算;（2）根据研究区主要树种造林后恢复成林的平均年限进行恢复斑块的年龄赋值实现VCT-PPR年龄估算;（3）采用随机森林-递归特征消除实现VCT-PSF年龄估算。将3种年龄估算模型的结果进行空间整合,然后逐年递推,建立整个研究区的森林年龄逐年空间模式图）,实现了人工林森林年龄年际变化推估。通过对丽水市各县市的森林干扰和恢复面积变化及驱动因素分析,揭示了研究区森林面积和质量突变的驱动因素为森林采伐和极端气候（如冰雪和高温）引起的森林干扰;干扰后人工更新,以及森林保护措施的实施是森林面积增加的主要原因。研究结果进一步表明,1989-2019年间,由于实行了森林保护政策,杉木人工林、马尾松人工林和栎类人工林的平均森林年龄分别增加了18.98 yr,20.81 yr和21.15 yr。本研究所建立的森林年龄模式图可为森林经营管理者按照不同树种经营目标提供森林采伐数量及位置的决策依据,评估森林资源可持续利用状态,改善碳核算精度,准确预测林分未来的发展趋势。（2）以森林清查资料中的森林年龄、活立木生物量碳密度以及实地和文献调查的各碳库关系校准数据等驱动整合生物圈模型（Integrated Biosphere Simulator,IBIS）,探究了杉木人工林、栎类人工林和马尾松人工林在历史平均气候条件下的0-100年碳密度和碳通量的变化;预测了2020-2050年间3种气候情景（RCP 2.6,RCP 4.5和RCP 8.5）下的碳通量变化趋势。研究表明:森林年龄是控制森林碳密度的重要因子,未过熟林分的平均碳密度随年龄增加而增长;碳通量与年降水和年积温均相关,但是碳通量与年积温的相关性高于年降水量。幼龄林和过熟林的净固碳能力较小,而中龄林的净固碳能力较大。具体地,杉木人工林、栎类人工林和马尾松人工林的地上生物量的碳密度曲线都表现为在成熟之前增长速度快,成熟之后增速逐渐变缓;3种人工林净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）大小顺序为:杉木人工林>马尾松人工林>栎类人工林;3种人工林净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）变化趋势基本一致,即在生长初期增加,之后随着年龄的增长逐渐减小;净群区生产力（Net Biome Productivity,NBP）的变化趋势为:栎类人工林在100年内都表现为碳汇(0.15～2.5 Mg·ha-1·yr-1),杉木人工林和马尾松人工林分别在63年后和73年后表现为碳源;未来3种气候情景下,NPP、凋落物分解和土壤分解等碳通量都随着CO2浓度的增加而增加,而腐化过程随着CO2的浓度增加而速度减缓。（3）结合森林干扰数据集、森林年龄数据以及碳密度和碳通量数据建立了研究区土地利用变化和碳场景模型（Land Use and Carbon Scenario Simulator,LUCAS）,分析了研究区1989-2019年3种主要人工林森林生态系统碳源汇的变化趋势及驱动因素,预测了2020-2050年在未来气候条件和干扰模式下碳源汇的变化趋势。根据历史扰动和假设无扰动设计对照实验,采用改进模型定量分析扰动因子和非扰动因子对森林碳源汇的影响。研究结果表明,年龄结构反映了森林生态系统扰动的空间和时间变化,决定着其碳积累量的大小,扰动不仅在短时间内改变区域碳循环,也会影响干扰之后的森林再生长;1989-2019年,3种人工林生态系统碳库总量呈上升趋势（增加了0.16～0.22 Tg C）,各碳库中活立木生物量增加比例最高。未来30年3种气候模式下栎类人工林总生态系统碳储量均高于历史平均气候条件,且随CO2浓度的增加而增加,但是杉木和马尾松人工林的总生态系统碳储量均小于历史平均气候条件下的碳储量。通过对碳通量的影响因素进行双因素方差分析,表明干扰和气候因素对碳通量的影响无交互作用（P>0.05）,且两种因素均显著（P<0.05）影响未来30年研究区3种主要人工林生态系统的碳通量。本研究结合VCT算法发展的森林干扰和恢复历史,以及多种观测数据,驱动全球植被动态模型（IBIS）和系统模型（LUCAS）,刻画了浙江省丽水市森林生态系统碳时空动态变化及碳循环过程。研究方法和结果不仅对于评估丽水市森林生态系统碳循环模式具有关键支持作用,也为最终建立适用于我国南方森林生态系统的碳循环耦合模型提供方法基础,实现在不同尺度上模拟森林生态系统结构和功能的目的,为更准确估算未来森林碳汇对碳中和的贡献提供了理论借鉴。