随着卫星遥感数据不断增多，卫星遥感对地球表面信息获取及动态监测能力不断提升，遥感正在以多种方式造福人类。国际地球观测组织（GEO）确定了生物多样性与生态安全、减灾防灾、能源与资源、粮食安全与农业、水资源、基础设施、公共卫生、城市可持续发展等八大社会服务领域。为了获取地物更多的定量化信息，遥感从早期的判读解译、目标识别与变化检测等定性应用正全面向定量应用转换。
所谓定量应用，就是在遥感获取的各种电磁辐射信号的基础上，通过物理和数学模型，将观测信息与地表目标联系起来，定量地反演或推算目标的各种自然属性信息。而定量遥感应用的精确度主要取决于建模和反演两方面。
遥感机理建模如何将观测的复杂地表辐散射特性用物理和数学的手段刻画出来，是我们认知和理解复杂自然地表特性的基础，也是遥感数据转化为定量信息的重要理论支撑。通过电磁辐射特性来推演地表生理、物理和化学参数的过程被称之为“反演”，反演的基础在于建立卫星传感器观测到的电磁波信号，包括波长、振幅、偏振、强度等信息与地物表面目标特性的物理数学模型，这被称为“前向模型”。
最初的模型建立大多根据简单化原则，注重抓住最主要和最感兴趣的地物特征进行建模。随着人们的认识和应用的需求不断提高，对定量反演的参数类型和精度要求越来越高，这就使得模型构建的场景越来越接近于真实场景，针对平坦地面不同地表类型混合，直至崎岖山地不同地表类型混合的复杂场景前向模型建立已成为遥感建模的前沿问题。
自然界具有平原、丘陵、山地、高原、盆地等多种地表形态，更具有山水林田湖草冰等资源要素，地表类型多样。遥感像元具有一定的空间分辨率，也就是遥感影像上的最小可辨单元，从几米到几公里不等，在这样的空间范围内，如果仅是平坦地表的一种地表类型，通常可以认为均质地表，可以简化为“各向同性、处处均一”。
然而真实的自然界地表表现为起伏的地形、不同地表类型混合或者是两者综合起来的山区破碎地表类型的混合，因此，此时遥感像元观测的地表被称为复杂地表。用数学模型来刻画这样的地表，为遥感辐射机理研究和地表参数建模带来了更多的挑战。
复杂地表遥感建模的一个重要应用出口是用于地表目标自然属性的定量反演。基于可描述复杂地表辐散射特性的遥感模型，推算卫星数据和地表目标参量属性的数学关系，便可直接将卫星观测数据转换到我们所需的地表信息产品。这个过程通常需要经历卫星数据接收—辐射定标—几何校正—算法研发—产品生成—产品检验完整的链条，才能形成高质量高精度的遥感信息产品。
遥感是引领地球科学和全球变化研究的综合交叉学科，在资源环境监测、国民经济发展和国家安全领域应用成效显著，是世界发达国家竞相发展的高新技术。其中，复杂地表遥感机理建模是世界级难题，制约着遥感从定性到定量应用的跨越。
科研人员在探索电磁波与复杂地表相互作用机理方面持续开展研究，发展了复杂地表二向反射与热红外方向辐射系列模型、地表参量高精度定量反演和遥感产品真实性检验关键技术，构建了复杂地表定量遥感协同观测-机理建模-定量反演的技术体系，推动我国遥感应用“从定性到定量”的跨越。