森林生态系统具有很高的固碳潜力,是陆地碳汇的主体。准确估算各省（自治区）森林生态系统固碳速率,是科学制定碳中和技术路线及相应调控政策的重要依据。然而,目前有关中国不同省份森林生态系统未来固碳潜力的研究非常罕见。利用中国森林生态系统固碳模型（FCS）并结合3种未来气候情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）,定量评估了2010—2060年间各省现存森林生态系统的固碳速率。研究发现：中国区域内各省的森林生态系统固碳速率介于0.01~36.74 Tg C/a,平均值为(10.09±0.43) Tg C/a。省际间森林固碳速率存在非常大的差异,其中东部地区各省的单位面积固碳速率大于西部地区;但考虑到单位GDP固碳速率和人均固碳速率后则表现为西部地区明显更大。此外,各省人均碳固存速率与其人均GDP之间存在显著负相关关系。因此,省际间森林生态系统固碳速率存在明显的区域不均衡性,要真正地持续实现其碳汇潜力需要在技术和政策层面做出重大调整。结合中国贫困区与高生态碳汇区的重叠,不能仅仅依靠传统碳贸易,亟需研究制定符合中国特色的“区域碳补偿”措施,在保障区域协调发展的基础上使西部或不发达地区民众能自愿/自觉加强对森林的保护、保持甚至提升森林碳汇,使森林在实现碳中和战略中发挥更大作用。

本文选用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）提供的6个植被动态模式数据,对比遥感反演值计算了各模式在中国不同植被区的拟合优度,评估了模式的适用性;并提出了以拟合优度为权重的区域年均净初级生产力（NPP）算法,有效解决了已有研究由于数据和方法的不同而对中国NPP估算效果较差的问题。结合两种浓度路径下（RCP2.6和RCP6.0）的模式估算结果,评估了未来30 中国NPP的变化格局。结果表明：单个模式数据对中国大部分区域NPP的拟合效果较差（R² < 0.4）,所计算的中国平均NPP整体偏高33%~97%,但能较为准确地反映空间上从东南向西北递减的趋势。通过加权合成的新序列整体拟合优度为0.86,在单一植被区的拟合优度也基本大于0.3,能更好地反映未来NPP的变化格局。未来中国平均NPP仍将保持由东南向西北递减的分布,中国均值呈波动增长状态,在2035年达到8.8 μg/(m² s),2050年达到9.7 μg/(m² s)左右。随着时间的推移,RCP2.6路径下主要增长区将由南方地区向北偏移,在华北地区增长变显著,在西南、中南地区增速变慢,显著增长的面积变小;在RCP6.0路径下主要增长区将向东北、东南和西部地区退缩,中东部地区增长变不显著。研究发现高浓度路径对2016—2025年间植被NPP的增长主要起促进作用,但在2035—2050年间开始起抑制作用。同时,高浓度路径下NPP的空间分布将变得更加极端,特别是位于青藏高原西北部的高寒荒漠、温性荒漠及灌木半灌木荒漠将增长缓慢或不增长。

山区因其人文自然交互过程具有显著的地域性、时空分异性与不确定性,成为典型的过渡性地理空间,其类型量化识别与分异特征的解析可为山区乡村振兴背景下国土空间高质量发展提供决策依据。本文基于地理不确定性的概念构建时空变率指数,识别出中国山区过渡性地理空间分布与分区,并运用地理探测器解析其地理时空变率的驱动力谱。结果发现：中国山区过渡性地理空间总面积为238.32×10⁴ km²（约占中国陆表面积的1/4）,其地理时空变率从第一阶梯到第三阶梯呈递减趋势;全国山区过渡性地理空间可分为12个分区,其中昆仑—祁连山分区面积最大;人文驱动因子对人口与土地利用的时空变率解析力最强,基础地形因子对植被覆盖时空变率与地理时空变率指数的解析力最为显著,各因子中海拔与夜间灯光的解析驱动力最强。整体而言,人文要素的时空动态均对东南山区过渡性地理空间具有显著的塑造性,而西北山区过渡性地理空间主要受到自然要素的时间变化和人文要素的空间变化所驱动。本文为山区过渡性地理空间的不确定性、多样性与人地关系地域性的定量研究提供了新的见解与启示。

人类活动强度与地表温度的时空关联研究对于充分认识气候变化的成因和机制、积极适应气候变化、合理开发及保护生态环境等均具有重大意义。本文以地处西北干旱区且对气候变化极为敏感的天山北坡为研究区,基于MODIS数据反演地表温度,以夜间灯光数据、人口分布数据及土地利用数据等共同表征人类活动强度,分析2000—2018年人类活动强度与地表温度的演变特征,并进一步探究二者的时空关联性。研究结果显示：① 2000年以来天山北坡平均人类活动强度（0.11）较低,整体呈阶梯式缓慢上升趋势（0.0024 a^-1）,其中人类活动强度较建设用地和人口规模增加滞后1~2 a。② 天山北坡年均地温为7.18 ℃且呈显著升温态势,变化率（0.02 ℃·a^-1）约为全球的2.33倍,春季显著增温（0.068 ℃·a^-1）对整体升温的贡献最大;受高程和植被覆盖度等下垫面性状的显著影响,研究区地温空间上呈南低北高特征。③ 天山北坡人类活动区人类活动强度与地表温度显著正相关,呈东强西弱分布特征,其空间分异与相关性的表达受到人类活动范围、表现形式及土地利用变化等因素的综合影响,农林种植、城市绿化和植树造林等与植被相关的人为干预能够有效减弱人类活动造成的地表增温。本文不仅为人类活动强度的精细刻画提出了新思路,更可为区域人地协调和统筹发展等提供科学参考。

生态资源资产化、生态资产资本化是实现“两山”转化的一个重要途径,开展生态资产及其损益核算有助于生态系统的有效保护、科学管理和可持续利用。本文在借鉴国内外生态资产相关研究的基础上,构建了县域尺度生态资产及其损益核算技术体系,分析了1990—2018年中国县域生态资产的时空变化特征,明晰了造成生态资产损益的影响因素及作用机制,并针对具有不同生态资源类型、损益状况、驱动要素特征的县域提出了差异化的优化提升路径。结果表明：① 以农田、森林生态资源为主的县域数分别约占县域总数的45%和37%;1990—2018年中国县域生态存量资产的质量整体呈波动中上升趋势,而生态流量资产的变化趋势差异显著,近70%县域水源涵养量减少。② 生态流量资产价值呈现损与益态势的县域数分别约占44%和37%,空间分布呈现与“胡焕庸线”一致的分割特征,即西北广大地区县域明显增益,而东部和南部县域有所减损。③ 1990—2018年中国超过70%县域生态资产变化受气候变化与人类活动共同驱动,人类活动对生态资产增益县域的平均作用率约80%,而气候变化对生态资产减损县域的平均作用率约为60%。④ 综合分析,可将全国县域分为适应、减缓气候变化和生态资源修复、保护、管理5种类型,采用差异化的生态资产优化提升路径。

重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明：秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m²、5.81亿t和24.95亿m³;土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。

作为主要的气候强迫因子,CO₂与人类活动密切相关,但很多研究往往忽视了陆地生态系统碳汇对人为排放CO₂增温的消减作用。俄罗斯、加拿大、中国和美国是世界上地域面积最大、且社会经济处于不同发展阶段的4个国家,将短时期内CO₂排放所引起的辐射强迫进行量化分析,对于评估人为和自然因素对气候的影响非常重要。本文基于CO₂同化数据,利用“碳—气候”参数化方案,在分析人为碳排放及其气候效应的同时,考虑陆地生态系统碳汇的气候效应,进而得到4个国家的全球辐射强迫。结果显示：① 2000—2016年,4个国家人为排放的CO₂均呈明显增加趋势（0.125 Pg C a ^-1）,但陆地生态系统的碳汇作用也不断增强（0.003 Pg C a ^-1）;其中,中美两国总的人为碳排放占了4个国家的87.19%,而俄罗斯陆地生态系统的吸收碳能力最强,总量达14.69 Pg C。② 截至2016年,陆地生态系统的降温效应达-0.013 W m ^-2,可消减人为碳排放增温效应的45.06%。充分说明若不考虑陆地生态系统,将会明显高估人为碳排放的增温效应。③ 整体上,相对于2000年和工业革命前的CO₂浓度水平,4个国家总的人为碳排放分别贡献了0.32 W m ^-2和0.42 W m ^-2的全球辐射强迫。本文还进一步探讨了温度与辐射强迫的线性关系,相对于单一的人为或者自然因素而言,综合两者的辐射强迫,与相应时段的气温变化可解释度最高,达30.3%。

冰川为干旱区人类福祉和社会经济发展提供必不可少的资源与服务,开展冰川服务价值评估及时空特征研究对于区域社会经济可持续发展和环境保护具有重要意义。基于祁连山第一次和第二次冰川编目数据,通过构建冰川服务价值评估体系,并结合单位面积服务价格法、价值当量因子法和冰川服务价值变化指数等方法,评估祁连山冰川服务价值及时空变化。结果表明：① 2016年祁连山冰川服务价值为243.54亿元,气候调节和径流调节构成该地区冰川最主要的服务,其次是淡水资源供给和水力发电,四者分别占总价值的60.58%、33.14%、3.47%和1.75%,其他类型服务价值约为2.59亿元。② 在祁连山各水系中,疏勒河流域冰川服务价值最高（77.71亿元,占31.91%）,其次为哈尔腾河流域（43.21亿元,占17.74%）和北大河流域（32.81亿元,占13.47%）。在行政区划上,青海省的祁连山冰川服务价值高于甘肃省11.38亿元,其中海西蒙古族藏族自治州和酒泉市境内的冰川服务价值较高,分别为111.24亿元（占45.68%）和77.58亿元（占31.86%）。③ 1956—2010年期间,祁连山冰川服务价值量损失4.35亿元,且冰川服务价值变化呈现经向地带性分异规律,价值损失自西向东呈加快趋势。

细颗粒物（PM_2.5）个体暴露水平是健康效应研究中的关键问题,然而历史数据缺失和地面监测点覆盖范围小阻碍了相关研究。基于美国国家航空航天局遥感数据提供的气溶胶光学厚度（AOD）,融合地面监测、气象等多源数据进行建模来估算近地面PM_2.5浓度,所得结果的空间覆盖范围广、时间连续性强、方法成本低。本文基于2018年京津冀鲁地区,引入气象、NDVI、时间节点、空间标识等50个特征分析AOD-PM_2.5关系。鉴于传统插补方法单一所造成的信息损失,运用时空多视图插补方法来提高插补的精度和广度。考虑到特征的滞后作用、特征间相关性与偏相关性所导致的复杂关系,运用分布式感知深度神经网络模型来分别捕捉多源特征间的高阶特性。结果表明：① 时空多视图插补方法的相对误差为27.5%,数据平均缺失52.1%降至4.84%。② 分布式感知深度神经网络模型在时间预测上平均绝对误差、相对误差、均方误差、均方根误差分别为17.7 μg/m ³、46.8%、766.2 μg ²/m ⁶、26.9 μg/m ³,空间上,为16.6 μg/m ³、41.8%、691.5 μg ²/m ⁶、26.6 μg/m ³,从精度、稳健性、泛化能力和耗时方面综合来看,结果优于线性统计模型和常见深度学习架构。

利用DMSP-OLS夜间灯光数据和碳排放统计数据,构建碳排放面板数据模型,模拟了2000—2013年中国的碳排放量。运用探索性时空数据分析（ESTDA）框架体系,从时空交互视角分析2001—2013年碳足迹的空间格局和时空依赖动态演化;利用改进的Tapio脱钩模型对3个时间段336个地级单元环境碳负荷与经济增长之间的脱钩效应进行综合分析。研究表明：① 2000—2013年,中国的碳排放在时空演变上既表现出稳中有进的总体特征,也存在快速增长的阶段特征。② 碳足迹和碳赤字均呈逐年增长趋势,年均增长率分别为4.82%和5.72%;碳足迹和碳赤字整体北方大于南方,不同的行政单元尺度下碳足迹和碳赤字空间异质性特征明显。各地级单元碳足迹变异系数逐步增大,存在极为显著的空间自相关特征。③ LISA时间路径相对长度北方大于南方,且呈由沿海地区向中西部地区递增的趋势;LISA时间路径弯曲度整体上则由沿海地区向内陆地区递减。④ 综合脱钩指数整体以弱脱钩型为主,但弱脱钩型城市数量持续减少,扩张连接、扩张负脱钩区域数量逐渐增多且向中西部及东北地区聚集分布;全国平均脱钩弹性值逐步增长,变异系数持续下降。

在优化森林结构的同时保障其木材生产功能和生态功能,实现森林可持续经营,如何采取科学、合理的森林管理措施越来越受到人们的关注。本文选取采伐年龄、采伐斑块大小、采伐频率、采伐面积比例作为变量,以江西省泰和县为研究区,设定多种强度和方式的森林管理方案,耦合生态过程模型（PnET-II）和景观模型（LANDIS-II）模拟初始年（2009年）起,未来100年森林面积和生物量的动态变化情况。研究发现：① 森林对不同采伐变量的响应差异明显,采伐年龄对森林面积影响较小,采伐斑块面积仅对生物量有影响,采伐频率对面积和生物量均有较大影响,采伐面积比例是采伐变量中对森林影响最大的变量; ② 每10 a以20%的采伐面积比例,5 hm ²的采伐斑块,采伐21 a以上的杉木、26 a以上的松林、41 a以上的阔叶树种的采伐情景能够保证有林地的生物量较初始年有所增加,有效地保障红壤丘陵区人工林在木材生产的同时保持一定的生态功能。

生态系统服务功能对于区域生态平衡、生态系统健康、国土生态安全及全球气候变化等方面具有重要作用,生态服务价值的尺度效应及空间分异机制问题值得探讨。以大别山区为研究对象,基于土地利用分类等数据,应用空间统计、热点分析和地理探测器等方法探讨1970-2015年大别山区生态服务价值动态演变、尺度响应特征及生态服务价值的空间分异机制。结果表明：① 1970-2015年,大别山区生态服务价值整体上升9.51亿元,但2010-2015年下降3.95亿元,占总增加值的41.54%,下降热点区主要位于大别山边界处（湖北省境内）及核心区东北部（安徽省境内）;② 4种类型9级幅度的尺度对比分析表明,乡镇单元尺度是大别山区生态服务价值空间分异的特征尺度,其生态服务价值空间差异信息量丰富;③ 地理探测机制表明,16个影响因子中的生态用地占比、土地利用程度和人为影响综合指数对生态服务价值空间分异的解释力q值近40%,是导致空间分异的主要原因;高程和坡度因子q值近30%,为次要影响因素。交互探测q值达50%以上的交互组合主要有三大类30种,自然因子和人为干扰因子、景观格局因子交互协同作用增强了对生态服务价值空间分异的解释力。研究结果可为大别山区生态系统服务功能的精准、多元化调控提供一定的理论依据。

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高自身福祉。研究生态系统服务的供给和人类对生态系统服务的需求与消费,分析生态系统服务的供需特征与空间权衡关系,对区域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义。以兰州市为例,利用全市2017年土地覆被、气象观测和统计年鉴等多源数据,应用InVEST模型、ArcGIS和GeoDA等空间分析工具,计算了研究区产水、食物供给、碳固持和土壤保持等4项服务的供给量及需求量,并对区域内生态系统服务的供需匹配状况进行了分析与评价。结果表明：① 兰州市各项生态系统服务的供给与需求空间异质性显著,各项服务总供给量均大于总需求量,且在不同区域与不同生态系统服务之间存在明显差异;② 兰州市综合生态系统服务供需比为0.039,不同生态系统服务供需匹配状况存在差异,产水服务（0.098）>碳固持服务（0.066）>食物供给服务（0.030）>土壤保持服务（0.001）,且城乡供需匹配差异显著;③ 兰州市生态系统服务供需空间匹配有“高高型空间匹配”、“低低型空间匹配”、“高低型空间错位”和“低高型空间错位”4种类型,且各项服务的主导空间匹配类型有所不同;④ 兰州市各项生态系统服务的供需平衡状况存在明显的协同作用,分别是“高高协同”与“低低协同”。