全球气候增暖,导致北极海冰消融加速,冰上丝绸之路的开通逐渐提上日程。本文针对2030—2070年俄罗斯8个重要港口通过东北航道到达白令海峡的通航性能,采用6种CMIP5气候模式在2种排放情景下的海冰数据,以及PC6破冰船和普通商船2种船型,分别对最优航线、通航时长、可通航里程以及通航成本4项要素进行研究。主要结论为：① 随着时间变化,各条最优通航线路逐渐集中有序,普通商船的通航能力显著提高,到2070年拥有和PC6近似相等的通航能力;② 俄港口到白令海峡间的运输时长每过10 a下降14 h,其中圣彼得堡港运输时长下降最为显著。到2070年,俄港口与白令海峡的经度差每增加1°,该港口的运输时长下降0.4 h;③ 未来50 a,东北航道可通航里程平均每隔10 a增加166 km,其中圣彼得堡港可通航里程的变化模式和平均变化模式最为相近;④ 从北冰洋港口出发的航线通航成本每10 a下降1万美元,商船在高浓度排放情景下总通航成本的下降幅度最明显。结合海冰变化情况,俄中西部港口具有巨大的资源运输潜力。本文量化并评估了东北航道在未来海冰消融情景下的通航性能演变态势,为东北航道通航以及北极港口贸易情况提供了理论和数据支撑。
河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。
全球气候变暖加速了北极海冰的融化,使得北极能源开发变成可能,大大激发了泛北极国家参与北极能源开发的积极性。本文在分析了泛北极国家（北极8国和13个观察员国）能源贸易格局的基础上;利用相关性分析方法,明确了影响北极能源的关键地缘要素;并通过模糊定性分析（fs/QCA）,揭示了关键地缘要素及其组合对不同国家开发或参与开发北极能源的驱动机制。结果表明：① 北极国家多为能源输出国,而北极观察员国多为能源进口国;中国从北极国家能源进口量较少,潜力较大;② 能源依赖性、能源重要性、军事力量、对外投资影响力和国家包容性是影响泛北极国家开发北极能源的关键地缘要素,而气候表现和环保指数与北极能源开发的关系并不显著;③ 关键地缘要素的作用路径主要包括：一是以能源依赖性、能源重要性和军事力量为主要驱动,包括俄罗斯、中国、美国、印度、日本和韩国等国家;二是受到包容性发展限制的、以大国力量为驱动的西欧国家;三是以能源重要性为驱动的北欧国家。基于以上研究结果,本文提出了中国参与北极能源开发的对策建议。
随着全球气候变暖,北极地区海冰大面积消融,引发了严重环境问题,同时使得北极航道成为可能,北极地区的战略地位显著提升。作为近北极国家,北极地区国际关系变化对中国的北极政策有直接影响。全面实时地分析北极地区地缘关系及其变化特征,对中国制定北极地区的政治、经济、外交政策具有重要指导作用。海量全球实时开放数据库的出现以及大数据技术的发展,如GDELT新闻事件数据库提供了覆盖全世界的源于各国主要媒体服务平台的新闻数据,为地缘关系实时监控及分析提供了可能性。本文利用GDELT数据库,引入labeled- LDA主题分析的理论与方法,挖掘了2013—2019年北极圈内8个国家和地区社会发展关键要素,构建了国家（地区）交互网络,发现了北极地区国家（地区）之间关系的演变格局。主要结论为：① 北极地区热点新闻主题聚焦于气候变化/冰盖融化,冰盖融化是北极地缘关系变化的主要驱动因子;② 冰盖融化新闻热度与海冰监测数据变化存在极强的相关性;③ 随着冰盖融化,北极地区的社会经济军事活动激增,其主导权的争夺日趋激烈,总体呈现出俄罗斯、加拿大主导的格局。
东北航线因其战略地位重要而日益受到世界各国的关注。本文计算出中欧港口航运经济成本及中欧国家贸易互补指数,基于东北航线构建随机前沿贸易引力模型,探究中国对欧洲18国进出口贸易的影响因素,结果发现：① 以12000 TEU运输量为对比,中欧港口基于东北航线的航运经济成本约为传统航线的1.58~2.80倍。② 2000—2018年间,基于中国出口的中欧贸易互补指数CEij>1的次数占52.63%,CEij较高的对应国家包括冰岛、丹麦、挪威、法国、瑞典和英国等国家;基于中国进口的中欧贸易互补指数CIij＜1的比例高达94.74%,呈下降趋势,中国进口与欧洲18国出口的互补性较差。③ 在中国向欧洲18国出口的贸易规模方面,贸易伙伴国经济规模比中国经济规模的影响更大,东北航线航运经济成本与贸易规模显著负相关;在中国向欧洲18国进口的贸易规模方面,贸易伙伴国经济规模比中国经济规模的影响更大,东北航线航运经济成本与贸易规模正相关关系的置信度较低。④ 以东北航线为中欧贸易通道,中国向欧洲18国的出口贸易效率和进口贸易效率分别呈现出不同程度的下降和上升趋势,中国对欧洲18国进出口贸易效率的提升空间较大。本文强化了东北航线与中欧航运及贸易之间关系的研究,为中国参与东北航线建设、北极资源的开发利用以及加强中欧贸易等方面提供参考。
由于社会经济迅速发展,中国对能矿资源的需求量日益增加。因此,中国和资源大国俄罗斯展开了大量的能源贸易。在全球气候变暖、北极航道通航性逐渐提高的背景下,两国港口间的能源运输可通过东北航道完成,在时间、成本、安全性等方面将优于通过传统航道运输。本文采用加权平均旅行时间量化气候变化情景下2030—2070年中国港口到俄罗斯油气资源的可达时间,并建立海运成本体系,计算经由东北航道进行资源运输的成本,得到如下结论：① 中国港口到达俄罗斯石油资源的可达性优于天然气资源;② 中国港口的资源可达时间每十年平均减少7 h,南通港到达俄罗斯资源的可达性最佳;③ 中国港口的资源海运成本每10 a平均降低0.5万美元,从南通港出发的航线成本在所有港口中最低;④ 在高排放浓度情景下,以商船作为媒介的中国港口资源可达性提升潜力巨大,应用前景乐观。本文量化并评估了2030—2070年中俄港口间能源贸易的时间与成本,为中俄能源海上贸易运输提供了理论参考。
全球环境变化和经济快速发展导致自然灾害的增加,已经成为现代人类社会最严重的环境问题之一。面对自然灾害风险防控的严峻形势,人类社会必须建设得足够强大,以应对可能发生的自然灾害风险。在提出“构筑自然灾害韧弹性社会减轻自然灾害风险”的基础上,本文重点分析韧弹性的确切涵义,通过综合灾害防御、损害恢复和应急管控,诠释自然灾害韧弹性社会的内涵、组分和结构;建立自然灾害韧弹性社会的指标体系和定量表征方法,评估案例区自然灾害韧弹性社会的状况;进而针对城乡差异设计建设自然灾害韧弹性社会的途径。依此,系统性地构建了包括概念—结构—指标—途径的自然灾害韧弹性社会理论范式。建设自然灾害韧弹性社会是人类的必然选择,这与社会经济可持续发展高度一致。研究旨在推动综合应对自然灾害风险,探索建设“更强、更安全、更持续”的自然灾害韧弹性社会途径,支撑国家防灾减灾战略转变、实施“关键领域与薄弱环节九大工程”。
暴雨洪涝灾害给中国造成了巨大人口和经济损失。本文通过对中国气象灾情普查数据的分析,结合小时降水数据、统计年鉴等资料,研究了1984—2007年间中国极端降水和暴雨洪涝灾情时空分异特征。在此基础上,采用地理探测器研究了中国暴雨洪涝灾情时空格局的影响因素。结果表明,研究时段内全国极端降雨指标没有一致的变化趋势。长江、珠江及东南沿海等流域暴雨洪涝频次显著增加,但因灾人口死亡率下降,表明设防能力的提升对人口损失的缓减影响明显;西北地区因灾死亡人数和人口受灾率、经济损失等均增加,表明设防能力薄弱;因暴雨洪涝受灾人口贡献率最高的因子是气象致灾因素,又因暴雨洪涝死亡人口贡献率最高的是地理等孕灾环境和社会经济等承灾体因素,故暴雨洪涝直接经济损失贡献率最高的是地理等孕灾环境因素。该研究可为洪水灾情的影响因素定量化分析提供理论参考。
山东黄土堆积过程记录了中国东部季风区大气环流的变化信息,对揭示东亚季风变化规律与古气候环境演变具有重要价值。本文采用参数化粒度端元分析方法探讨山东章丘剖面沉积物的沉积特征、沉积动力及其环境意义。结果表明：① 章丘剖面光释光年代（OSL）介于42.24—0.26 ka之间,为晚更新世以来的沉积物。② 章丘剖面沉积物粒度组分分为5个端元,EM1代表成壤作用产生和携带搬运的粘土组分;EM2代表高空西风远距离搬运的细粉砂组分;EM3代表以浮尘形式存在的沉降组分;EM4是该剖面的主要粉尘来源,代表地方风系作用下低空悬浮搬运的粉砂组分;EM5代表以尘暴形式近地悬移搬运的砂粒组分。EM5组分含量变化对冬季风强度变化具有较好的指示意义,并记录了晚更新世以来的气候波动事件。③ 根据各端元组分含量、低频磁化率（χlf）、土壤颜色（a*）等指标,结合OSL结果,有效指示了晚更新世以来章丘剖面沉积环境的阶段性变化,体现了全球气候环境变化的区域响应,但也存在差异性。
传统估算蒸散发的方法大都基于局地尺度,而在生态水文发生剧烈变化的资料稀缺流域背景下,充分考虑流域下垫面的空间变异性的陆面过程模型为流域长时序、大尺度及连续模拟实际蒸散量提供了新途径。以艾比湖流域为研究区,应用可变下渗能力模型（VIC）模拟1960—2017年艾比湖流域的水文过程,探讨研究区值实际蒸散发量的年、月、日时空变化规律,并运用小波分析方法对5个气象要素及研究区实际蒸散发量的模拟值进行多尺度特征分析,结果表明：① VIC在温泉和博乐的径流纳什效率系数（NSE）分别为0.09和0.23,模拟效果较为满意;VIC实际蒸散量的模拟值与理论计算值,R2达0.80,均方根误差（RMSE）为31.76 mm a-1,NSE为0.32,模拟效果相对较好;② 时间尺度上,艾比湖流域58 a来年际实际蒸散量呈上升趋势,年均实际蒸散量以1.03 mm a-1的速率递增;月值和日值蒸散量均呈单峰趋势;且年代际变化中5—7月的实际蒸散量在20世纪90年代和21世纪呈现下降趋势,20世纪70年呈现上升趋势,而其余月份无明显变化;③ 空间分布上,艾比湖流域内实际蒸散发量总体上呈现高海拔及其附近地区蒸散强烈,从春季到夏季,强蒸散区由西北向东南转移,年实际蒸散量空间分布与春夏季分布一致;④ 艾比湖流域实际蒸散发量与各气象要素在时频域中均存在1~4个显著性周期,且在一定尺度的周期上,平均风速、平均温度以及日照时数超前于实际蒸散量变化,而年降水量和相对湿度滞后于实际蒸散量变化,受降水影响实际蒸散发1965年和2003年发生1 a周期的“强—弱”转换,受相对湿度影响实际蒸散量在1965年和2008年发生2~4.5 a周期的“强—弱”转换。
树轮稳定同位素比率是研究气候变化与环境演变的有效代用资料,耦合分析树轮稳定同位素记录的信息可揭示森林生态系统碳—水—氮时空变化特征及相互作用,反映环境变化对植物特定化合物的生理影响。树轮稳定氮同位素比率（δ15N）与树木生长的环境条件密切相关,其变化可以反映长时间尺度森林生态系统氮循环的动态特征,弥补监测资料的不足。本文综述了树轮稳定氮同位素的分馏机理与测定方法,解析了树轮δ15N在样品预处理和测试中需要关注的问题,系统梳理与归纳了基于树轮δ15N进行气候变化、环境演变和人类活动氮排放研究的进展。指明中国树轮稳定氮同位素研究潜力及其在未来亟需着重发展的方向,旨在推动森林生态系统氮循环时空特征深入研究。
黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。
中蒙俄经济走廊东段位于欧亚大陆多年冻土区东南缘及森林线南界接近区,冻土及生态环境脆弱。本文基于MERRA-Land陆面模式离线运行产品分析了中蒙俄经济走廊东段2000—2015年间冻土冻融的时空变化模式,以及冻土变化对返青期和全年不同阶段植被生长状态的影响。研究表明：2000—2015年间研究区多年冻土及季节冻土均持续退化,时间上主要表现为冻土提前解冻、延迟冻结;空间上主要表现为多年冻土南界的多年冻土退化和季节冻土下限抬升,及连续多年冻土南界的活动层加厚。解冻始日是森林地区植被返青的主控要素,林下冻土解冻对土壤含水量的增加及沼泽湿地的隔热蓄水功能影响了森林地区植被的生长。但随着多年冻土南界森林及林下泥炭地演替为草甸和农田,多年冻土退化,进一步促进林下沼泽湿地的消失。探讨冻土退化与生态环境之间的协同关系,有助于识别气候变暖和人类活动叠加影响下的冻土退化脆弱区以及生态环境敏感区。
无人机遥感能够获取高精度、高分辨率的冰川表面三维形态,有助于揭示冰川的运动和消融变化,现已成为冰川变化监测的重要技术支撑。针对无人机高分辨率影像能够有效识别表碛覆盖型冰川表面细节特征点的优势,本文引入金字塔影像集和最小二乘匹配方法联合开展特征点的追踪,用以实现冰川表面特征点三维位移场提取和动态变化分析。以贡嘎山贡巴冰川冰舌区作为典型研究区域,利用高分辨率无人机影像生成消融期前后（2018年6月9日和10月17日）的正射影像数据和数字表面模型,基于2期正射影像提取冰川表面特征点并实施追踪以获得三维位移场,在此基础上初步探明贡巴冰川冰舌段表面位移速率最大为7.51 cm/d,垂向消融速率超过11 cm/d。本文相关研究数据和结果可为冰川及复杂地形山区地质灾害的监测提供参考。
1960年以来咸海流域大规模的水土资源开发使得社会经济用水激增,致使至1990年咸海面积萎缩50%,引发咸海生态危机。目前对引起咸海生态危机的社会经济用水的时空变化特征和趋势尚不清楚。本文在整合了多途径获取的1960—2016年咸海流域国家/州级水资源和社会经济数据的基础上,利用系统动力学模型,仿真模拟和分析了1960—2016年咸海流域社会经济和用水时空变化特征,并多情景预测2016—2030年咸海流域社会经济用水。1960—2016年咸海流域人口增幅267%,GDP增幅1100%,社会经济用水量从410亿m3增长至910亿m3。咸海流域的工农业用水效益在1991年苏联解体后明显增加,但仍处于较低水平。对未来的情景预测表明：若延续现有社会经济用水效率、农作物种植面积持续扩张（S1）,至2030年咸海流域社会经济用水量达到962亿m3;而在滴灌普及率达到70%、种植面积不变的情景下（S10）,社会经济用水量降至681亿m3,可有效缓解咸海危机。
探索多维城市化对PM2.5浓度的非线性影响及驱动机制,是城市群高质量发展的重要课题。以2000—2017年长江三角洲地区城市面板遥感影像和统计数据为样本,采用反距离权重空间插值、空间自相关和标准差椭圆等方法探查其PM2.5浓度的时空演变规律,并运用系统动态面板回归模型研判多维城市化对PM2.5浓度的非线性影响及驱动机制。结果表明：① 2000—2017年,长三角PM2.5浓度由低污染等级向高污染等级演替;PM2.5浓度整体呈现由东南向西北方向递增的空间趋势。② PM2.5浓度呈现显著空间集聚与关联特征;PM2.5浓度重心总体由东南向西北方向偏移,在东西方向上趋向分散,在南北方向上逐渐极化。③ 长三角城市化子系统不同发展阶段对PM2.5浓度的非线性影响存在显著差异。经济城市化与PM2.5浓度呈倒“N”型曲线关系,二者存在环境库兹涅茨曲线（EKC）关系,当人均GDP大于63709元时,经济城市化对PM2.5浓度将产生抑制效应,表明城市综合质量提升和发展方式转变是PM2.5治理的关键;而人口城市化、土地城市化与PM2.5浓度的关系仅是倒“U”型曲线的左侧部分,二者与空气质量改善的拐点尚有一定距离。人口规模、外商直接投资、工业产业结构均对PM2.5浓度具有显著的正向效应,而环境规制对PM2.5浓度具有显著的抑制效应。长三角PM2.5浓度的时空异质性特征是在经济社会因素和政府调控等诸多因素交互叠加、循环累积作用下形成,其中,经济社会因素扮演着主角。本文为探索多维城市化对PM2.5浓度的非线性影响提供了新视角,以期为实现长三角环境保护与城市可持续发展的协调提供重要参考。
欧亚大陆史前文化交流是当前学术界研究的热点问题,尤其是“一带一路”的国家倡议提出后,青藏高原重要的地理位置确定了其在东西方文化交流中的重要地位。本文基于自然地理因子和不同时期遗址点,在最低成本的控制下实现节点间累积联结的方法,使用GIS（R语言）工具进行空间数值计算,将其结果作为史前时期（新石器—青铜时期)的交流路线。本文重建新石器时期路线27条,总距离约为6000 km;青铜时代30条,总距离约为7800 km。路线的形态由新石器时期的东北—东部—东南—西南边缘呈月牙形环绕发展至青铜时期的由边缘延伸至腹地呈网络化发展的趋势,这是由高原边缘的交流逐步演化成边缘—腹地的交流、并不断强化的表现。重建路线验证了由考古证据支持的农业、驯化动物、彩陶、青铜技术在高原的传播路线,并将其具体化。此外,明确了高原史前交流路线的发展和演变宏观上是受到气候变化的影响,同时受到种植农业技术、驯化动物的传入以及战争等多因素的综合影响。
