热带干旱森林（Tropical Dry Forests; TDFs）作为十分重要但却也是最脆弱和最容易被忽略的生态系统之一，长期以来遭受到了人类过渡的开发和利用，大片的热带干旱森林正在或已经被转化为以农业用地为主的其他土地利用类型，沙漠化不断加重，生态多样性不断减小，数以千万计人们的居住场所受到了前所未有的威胁，严重的森林退化过程也极大地影响了全球的碳、水和养分循环。然而，严峻的事实仍未引起相关国家和地区的足够重视，对热带干旱森林生态过程、尤其是次生林恢复过程的研究少之又少，进一步为热带干旱森林的管理和保护蒙上了厚厚的阴影。本研究以哥斯达黎加Santa Rosa国家公园地带的热带干旱次生林 (Secondary TDFs; STDFs) 为研究区，通过遥感手段，依据其空间范围广、时间尺度长和观测频率高的特点，尝试对热带干旱次生森林的生长期进行精确制图，并在此基础上，探索利用光合效率模型估计各生长期生物量及其变化的可能性。 首先，本论文综合前人研究，从生物物理、森林结构和物种组成的角度给出热带干旱次生林三个生长期即早期、中期和晚期的定义，详细阐述三个生长期在上诉各指标下的区别和特点。 然后，作为遥感动态监测的基础，本论文提出了一种基于稳定土地覆盖图斑的多时相影像自动精配准方法（Stable Land Cover Patches Method; SLCPM），对研究中涉及的多期不同传感器平台、不同空间分辨率和不同光谱分辨率的遥感数据进行预处理，使它们在空间上充分匹配。这种配准方法从时间维度、空间维度和光谱维度构建了稳定覆盖图斑的定义框架，在此基础上，分别采用了斑块分类和识别技术、边缘检测和分离技术、斑块打断和过滤技术提取稳定土地覆盖图斑，然后依据图斑的形状变化、面积变化、类型变化和质心变化特征将其一一匹配，最终达到高精度配准。研究首先将方法应用于多种土地覆盖模式和多种遥感数据源的影像配准中，结果表明提取的控制点分布良好，配准精度能够达到亚像元级别（0.56-0.67），配准效果优于两种常用的方法：轮廓配准法和尺度不变特征变换（SIFT）。利用此方法，研究对后续所涉及的Santa Rosa地区Google Earth、RapidEye和HyMap影像进行了配准。 接着，本论文分析了热带干旱次生林的高光谱特征和变异性，得出旱季是区分早中晚三期森林的关键时期。在这个时期，大部分森林凋落，水分不再主导森林的光谱特征，碳组分取而代之，在短波红外波段（1.4-2.5μm）呈现出较为明显的可区分性。同时，受到环境要素的影响，早中晚三期森林都表现了较大的光谱变异性，尤其是中期森林，极易与晚期森林发生光谱混淆。 根据热带干旱次生林的这些高光谱特征，本研究提出了一种多准则光谱混合分析方法(Multiple Criteria Spectral Mixture Analysis; MCSMA)，基于高光谱影像HyMap的短波红外波段，利用多分类器和图像形态学操作提取兼具光谱属性和空间属性的早中晚期森林端元，随后选取均方根误差、空间距离和丰度一致性三个准则构建端元组合评价框架，针对各个待分解像元计算最适端元组合，进而获取像元内各生长期森林的丰度。结果表明多准则光谱混合分析方法能够对热带次生林进行高精度制图，效果明显好于已被广泛使用的多端元光谱混合分析法（MESMA）。 在获取了Santa Rosa地区各生长期森林分布的基础上，本文进而对各生长期森林的生物量变化进行了探索，通过对前人研究的概括总结，得到降水和生长期是影响热带干旱森林生物量增长的主要因子。本文尝试将光合效率模型（Photosynthesis Efficiency Model; PEM）引入热带干旱森林的生物量估算，使用Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型计算了Santa Rosa地区2002-2013年的地上净值被初级生产力（Aboveground Net Primary Productivity; ANPP）,发现该模型能够有效模拟ANPP对降水和生长期的响应。具体表现为，光合作用有效辐射吸收比例（FPAR）和水分胁迫因子能够分别体现降水在物候过程和光合作用过程中的作用；最大光能利用率能够体现不同生长期森林间物种组成和森林结构的区别；降水和生长期对生物量增长的影响相当。论文基于MODIS数据、地形数据、气象数据、通量塔数据和野外数据精确计算了CASA模型所需的各个参数。利用了简化的辐射传输模型（考虑米氏散射、瑞利散射、臭氧吸收、水分吸收、云层反射和地形因素）估算了地表接受的光合有效辐射，指出热带干旱次生森林与其他热带生态系统不同，有效光合辐射并不是决定生物量的主要因子。同样，通过对MODIS植被指数（NDVI和EVI）与地表实测FPAR的关系拟合发现，NDVI与FPAR有着更为紧密的关系，这也与一些其他生态系统中的结论不同。论文的估算结果表明，在过去的十二年中，早中期热带干旱次生森林的ANPP增长率分别达到23.8%和21.9%，意味着2002年的早期森林需要40年左右的时间方能达到当前中期森林的生物量水平（也是生物量顶峰）。这个结论与前人的实测结果相吻合，同时也说明，促进热带干旱森林生物量恢复的最有效方式即为加强森林保护，使得更多的早期森林向中期和晚期进行自然转变。