地理信息科学传承了地理学的空间分析传统。在地理空间分析中，由于地理空间的特殊性，地理信息科学在构造分析方法时，需要考虑空间效应。然而，空间效应具体的内涵和外延，到目前尚未有系统探讨。本文定义了地理空间效应，进而在形式化定义空间、位置、场、距离、区域等概念的基础上，归纳了4类空间效应：即空间异质性效应、空间依赖的近邻效应、空间交互的距离衰减效应、和空间分区的尺度效应，探讨了4类效应的内在逻辑关系，建立了统一的表达框架。其中，空间异质性效应是最为基础的效应，近邻效应和距离衰减效应反映了地理空间中两个位置之间的二阶关系，尺度效应则由于区域单元的汇总带来，因此这4类效应形成了递进关系。最后本文梳理了目前地理分析中对空间效应的体现，指出了地理空间人工智能技术对于空间效应的揭示和量化能力。
青藏高原地表氧含量是海拔、地势、气候、水域、植被、土壤综合作用的结果，其中海拔、气温、植被覆盖度与叶面积指数的相对贡献分别为-39.58%、35.50%、24.92%。青藏高原地表氧含量首先呈现东南向西北递减的差异，这主要与依赖水热条件的植被产氧有关；其次是东西延伸、南北更替的差异，这主要与依赖气温与地势的大气压对氧含量的影响有关；第三是随海拔变化的垂直分异，这主要与依赖地势、气温的大气压，以及依赖温度与水分的植被产氧有关。地表氧含量可以定量展现地表自然地理特征的时空格局，据此，本文把青藏高原自然地带划分为3个一级区、17个二级区，即：东南部亚热带森林—森林草原区域，地表年均氧含量为20.35%，7月平均值为20.45%，1月平均值为20.27%，含2个二级区；东部温带森林—草原—草甸区域，地表年均氧含量为20.10%，7月平均值为20.23%，1月平均值为20.00%，含5个二级区；西部寒带温带草原—荒漠—草甸区域，地表年均氧含量为20.00%，7月平均值为20.10%，1月平均值为19.91%，含10个二级区。
随着人类世的到来，“常态化”的极端天气与自然灾害成为人类生存面临的首要问题。大数据智能化的技术驱动、大科学（计划）的学科基础、全球化治理与应对的需求牵引，共同构成了新时代自然灾害研究的主旋律。论文提出自然灾害态势感知的概念，并结合新时代背景提出洞悉“态”、预测“势”两个不同层次的感知。在洞悉“态”方面，论文辨析了传统灾害观测与大数据态势感知的区别和联系；并以社交媒体、手机信令、视频监控等为例，梳理了大数据在台风、洪涝、地震、极端高温等灾害态势理解中的研究与实践。在预测“势”方面，论文总结了系列大数据观测—机器学习—机理模型整合的方法，并以城市洪涝事件演进模拟为例进行说明；在区域或全球尺度，提出应在大科学（计划）统一定义的未来情境下开展跨领域综合态势的感知与预测，并服务于区域的可持续发展；特别是利用人地耦合模型，感知灾害对社会经济的级联影响和远程效应，用以消除和解决非传统安全的威胁。最后，建议国家成立相关研究机构推进灾害大数据的共享和应用，开展灾害灾情标准知识库、训练库的建设；建议进一步推进机理模型、大数据、机器学习的整合与应用，推进自然灾害人地系统的耦合，提升中国自然灾害的社会治理与决策支持能力。
本文总结了2004—2022年间对中国艰苦边远地区范围和类别划分的管理理论认识。作为一种地理学理论探索，首先聚焦中国艰苦边远地区存在的地理学基础及其发展可能性。在方法学上，研究了区域产出与区域特征要素的关系，从自然地理环境、交通区位、社会发展等方面界定了地理学三大本性内涵，科学地构建了区域发展的评价指标体系，并开发了相关地理信息科学数据挖掘方法。研究得到的重要发现是，在现代区域发展中，区域第一地理学本性依赖的第一类地理要素，其重要性接近70%，区域第二地理学本性依赖的第二类地理要素的贡献率接近17%，正在发展的第三次产业革命依赖的第三类地理要素贡献约达到了13%，验证了第一本性的地理要素在区域发展中发挥了重要作用，意味着区域发展面临第一本性地理要素的锁定效应和地理工程改造的必要性，要实现区域创新发展需要依赖三个地理本性的进化作用。当前中国区域发展到了需要重点提高人均受教育水平、发展区域信息化能力的社会创新发展阶段，其政策关键是推进区域新型城镇化和提升乡村振兴。
中国减贫事业具有世界意义。回溯中国贫困地理研究特征和学术贡献，归纳其学科范式，对今后地理学研究巩固脱贫攻坚成果与乡村振兴有效衔接，以及相对贫困问题，具有重要学科价值。基于CiteSpace 6.1.R2对1988—2020年中国知网（CNKI）和“Web of Science”（WOS）核心合集的中国贫困地理文献进行知识图谱分析。结果表明：① 国家和区域减贫实践促进了中国贫困地理研究机构、作者和发文数量逐渐增长，反映贫困地理研究的需求导向性；② 城乡减贫政策差异和异构形成了中国乡村贫困地理和城市贫困地理研究分异格局，反映贫困地理研究的城乡二元性；③ 减贫政策调整与社会主要矛盾转化推动了中国贫困地理研究学科范式的变迁，反映了贫困地理研究的范式演进性；④ 在地理学学科范式框架下，发展地理学和贫困地理学以贫困地理研究为共同领域，发展地理学旨在建构减贫过程、方法和决策，而贫困地理学重在解构贫困过程、方法和决策，代表了两个“学科”共同的研究基础和不同的学术话语表达。
青藏高原近地表土壤的日冻融循环极大地影响着土壤和大气之间的水分与能量交换，研究其时空变化模式对深入理解青藏高原生态环境的气候变化响应具有重要意义。本文基于MODIS、AMSR-E、AMSR-2遥感数据等资料，获取AMSR系列传感器在青藏高原的昼夜校准系数，利用Fourier非线性模型实现AMSR微波辐射产品与MODIS热红外地表温度产品的融合，生成每日1 km分辨率近地表土壤日冻融状态结果，开展2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式研究。结果表明：① 相比于面向全球的校准方法，本文改进的AMSR系列传感器校准方法更适合于青藏高原地区。利用Fourier非线性模型融合后获得的土壤冻融产品在提升分辨率的同时日冻融判别精度达80.96%，相较于未融合结果准确性提高3.95%。② 青藏高原近地表土壤季节性冻融过程中的日冻融循环发生天数空间上存在显著差异性，其中藏南区域与青海高原发生天数最高，时间上存在周期性，呈升温时向西北转移，降温时向东南转移。③ 2002—2020年青藏高原不同区域年内日冻融循环发生天数变化趋势不同，藏北高原、藏南高山及藏东区域呈增加状态，青海高原呈减少状态。④ 青藏高原连续日冻融循环起始时间点存在区域差异，总体上解冻过程中起始时间点由东向西逐渐推迟，冻结过程起始时间点由西向东逐渐推迟；2002—2020年近地表土壤连续日冻融循环起始时间点在解冻过程中提前0.17 d/a，冻结过程中提前0.18 d/a。
冻土是地层与大气通过地面长期热交换的产物，地面的热状态及其冻融过程既表征了大气和各种下垫面对其复杂的热影响，也决定了浅表层冻土热状态及其变化。本文利用黄河源头区51个监测点的地面温度计算了地面冻结和融化指数，分析了冻融过程，并探究了其分异规律。结果表明：① 研究区年均地面温度变化介于-3.06~1.31 °C，呈现极强的空间分异特征，区域上的分异主要受海拔、纬度、NDVI制约（P < 0.001)，垂直递减率约为0.7 °C·(100 m)-1。NDVI越大即植被条件越好，夏季地面温度越低，冬季地面温度越高。② 地面冻结指数为851.9~1906.6 °C·d，平均1253.3 °C·d，地面冻结指数与经纬度相关性较弱，地面完全冻结天数为54~219 d，平均137.1 d；地面融化指数为388.4~1727.2 °C·d，平均1039.3 °C·d，地面融化指数与海拔、NDVI、纬度、经度显著负相关，完全融化天数为61~156 d，平均128.8 d。③ 地面起始融化时间受地形和局地因素影响较大，发生于3月中旬到5月中旬，起始冻结时间的空间异质性小于起始融化时间，主要发生于9月下旬至10月底。④ 融化N因子（Nt）多集中于1.2~1.5，平均为1.29±0.21；冻结N因子（Nf）主要集中在0.5~0.65，平均为0.60±0.18；基于地面融化指数计算的活动层厚度为0.99~2.72 m，平均为1.68±0.45 m。本文可为高海拔多年冻土的精准制图及其与高寒生态环境相互作用研究提供基础。
剖析百年尺度的城市变迁与气候要素变化对提升区域气候演变机理的认知具有重要意义。本文基于卫星遥感图像、社会经济数据和气象站点实测等数据，采用人机交互解译方法，刻画了1916—2020年北京城市扩展过程。利用滑动平均法和Mann-Kendall趋势检验方法，分析了关键气象要素的变化特征，从而揭示了百年尺度城市土地利用变化和社会经济发展与区域气候变化之间的关系。研究表明：1916—2020年北京城市土地面积增长了64.48倍，围绕中心地域呈圈层式蔓延扩展，呈现“缓慢—加速—减速”的扩展模式，城市扩展速度在2000—2010年达到峰值，为70.12 km2/a。1916—2020年北京的5 a滑动平均气温和年降水量分别为12.25 ℃和588.6 mm。随着城市发展，1916—2020年北京市5 a滑动平均气温以0.22 ℃/10a波动上升，1978年以来升温显著。年降水量则呈现波动下降趋势，速率为9.37 mm/10a。城市不透水面的加速扩张可能造成地表能量收支的改变，从而引发城市变暖。城市化率与气温升高具有协同关系，不同时段差异显著，1916—2020年北京城市化对区域升温的贡献为20.83%。另一方面，地表能量收支改变与空气污染物排放增加可能导致北京城市地区降水减少。本文结果可为提升北京城市变迁对区域气候演变影响过程和机制的认知提供科学参考。
土地利用及其变化和林业（LULUCF）是重要的碳源和碳汇，探索建立高精度的LULUCF碳核算体系是推动土地低碳利用和精细管理的关键基础。本文以广东省为例，采用库—差别法，基于森林资源二类调查、土壤普查、土地利用等数据，在地块尺度上系统核算了因LULUCF产生的碳源和碳汇。研究表明，2018年广东省LULUCF碳汇为2967.3万t CO2 a-1，其中生物量碳汇约占70%，土壤碳汇约占30%，提升土地植被盖度和加强林木经营是增加LULUCF碳汇最主要手段。相同地类不同地块的碳源或碳汇强度差异较大，林地、湿地、耕地、建设用地、草地等地类均可能出现跨碳源和碳汇类别的差异。土地利用“碳排放系数”为常数的碳核算方法难以满足“双碳”目标下土地利用的精细管理需要。本文提出的LULUCF碳核算综合了生物量及土壤碳库的变化，满足履行《联合国气候变化框架公约》要求，在全国范围具有适用性，植被异速生长模型和土壤碳库年度变化分异图可支撑地块尺度土地利用碳源或碳汇多情景分析，其核算结果可为土地利用和自然资源管理的低碳增汇政策制定提供参考。
城乡过渡带30~150 m尺度的空间，属变化明显的都市基层空间系统。为描述这一地带的空间演变规律，本文以郑州、杭州、北京的建设用地为例展开了多重分形分析。本文依托广义、典型f(a)-a(q)曲线所划分的3个空间演变子系统，以城乡过渡带院落组级—居委会级空间为研究尺度区间，对之进行了空间多重分形特征的量化分析。分析显示，城乡过渡带的空间演变属宏、中观空间影响下的适应性变化，市场驱动色彩显著。总体上，城乡过渡带基层空间的演变较为复杂，并常会在一定尺度内形成典型、广义的空间多重分形特征，及其相应的斑块密度（q值）分布区。且受多种发展进程等因素的影响，多种空间子系统的演变强度常会不同，其在各尺度上的空间复合也会呈动态变化，进而城乡过渡带空间演变的“情景性”较强。但都市城乡过渡带的基层空间却不存在依中小城市→传统性特大城市→现代化特大城市→超大城市的必然演替过程，其变化更多应与各都市在城市体系中的地位、城乡融合的具体情景密切相关。本文根据满足全局性、局域性指标的情况，把多重分形的典型特征分布区拓展到了更广域的特征过渡区及退化区，进而增强了对现实地理空间真实发展状态的非线性描述。
本文基于2020年GLC_FCS30和GlobeLand30两种30 m高空间分辨率土地利用/土地覆盖遥感分类产品，并结合地形与微气候、交通、林线、生态地理分区，以及Miami气候生产潜力变化等时空大数据，以草地和坡度大于25°耕地为潜在土地来源，使用Liebig“最小因子定律”估算了中国潜在造林地的面积和质量等级，形成了30 m分辨率中国潜在造林地空间分布数据，并分析了潜在造林地的空间分布特征。结果表明，中国缺少质量等级相对较高的潜在造林地，随着质量等级的降低，潜在造林地的面积越多。潜在造林地中适于造林的优先造林地面积66.61万 km2，其Miami多年平均气候生产潜力总值为6.30亿 t，假如优先造林地全部被开发用来植树造林，则全国森林覆盖率约增加6.94%，森林气候生产潜力增加25.00%。华北地区潜在优先造林地面积最多，且2/3分布在内蒙古。西南地区潜在优先造林地面积与华北接近，但其气候生产潜力全国占比最高，是华北地区的1.59倍。潜在优先造林地中，新造林地和重新造林地面积占比分别为59.56%和40.44%，但气候生产潜力占比分别为47.94%和52.06%，将来的植树造林建设中，不仅要积极布局新造林地，同时要加强气候条件较好地区的森林恢复建设。研究得出的30 m分辨率潜在造林地空间分布能够为全国范围碳汇造林规划提供重要参考依据。
中国陆地生态系统在全球碳循环中发挥着重要作用，植被净初级生产力（NPP）是重要碳循环分量。但对中国植被NPP未来变化趋势、稳定性及应对气候变化机制的研究尚少见报道。本文应用前期发展的生态系统过程模型CEVSA-RS，分别模拟了RCP4.5和RCP8.5气候情景下2006—2099年中国植被NPP，利用分段线性回归分析NPP年际变化转折点，采用滑动窗口法分析NPP稳定性的变化及气温和降水的影响。结果表明：① 中国植被NPP在RCP4.5和RCP8.5气候情景下的总量分别为4.41 Pg C a-1和4.40 Pg C a-1，季风区分别贡献了总量的72.8%和73.4%。② 两种情景下NPP年际变化均为先增后减，转折点分别为2062年和2055年；转折年份之前NPP分别以5.3 g C m-2 10a-1、6.5 g Cm-2 10a-1显著增加，后以前期的4.28倍和2.57倍速率下降。③ 两种气候情景下滑动窗口计算的NPP稳定性分别以-2.9% 10a-1和-4.3% 10a-1的速率显著下降。④ RCP4.5和RCP8.5情景下，气温显著升高，干旱指数显著下降，饱和水汽压差显著升高，全国趋向暖干化。⑤ 降水稳定性的降低主导着温带季风区NPP稳定性的降低，而气温稳定性的降低主导着青藏高原区NPP稳定性的降低。本文结果表明，未来气候系统的稳定性降低、气候趋向暖干化将导致全国植被NPP不升反降。因此，积极开展减缓和适应气候变化行动，如双碳行动，具有重要的科学和现实意义。
西南地区是中国重要的碳汇地区，监测植被动态及探究气候变化和人类活动对植被的影响对于深入了解碳循环机制和促进经济可持续发展至关重要。本文通过融合GIMMS NDVI和SPOT NDVI获得1982—2019年1 km NDVI数据，并结合多时相土地利用数据和气象数据，使用趋势分析、偏相关分析和残差趋势分析探究了西南地区人类活动和气候变化对植被动态的相对贡献。结果表明：① 1982—2019年间西南地区NDVI整体呈上升趋势，年均增速为0.0020 a-1；实施退耕还林前NDVI呈下降趋势，实施后转为上升趋势。② 温度和降水整体对NDVI起促进作用，但存在明显的空间异质性。除中心城市外，温度对NDVI主要起促进作用；而降水对西南地区西部NDVI存在抑制作用，对东部NDVI主要起促进作用。③ 随着气候变化和人类活动影响的区域被分离，气候变化对植被恢复的贡献从30.47%增加到60.28%，而人类活动对植被恢复的贡献从69.53%减少至39.72%。本文研究结果表明在人迹稀少的西南地区西部，人类活动对植被的影响可能会进一步下降。
与传统光学遥感指标相比，微波遥感指标—植被光学厚度（VOD）具有对云和大气敏感性低和不易饱和的优势，可用于监测植被总含水量和生物量的变化。本文基于不同频率的VOD数据集（VODCA C-VOD、X-VOD、Ku-VOD和AMSRU X-VOD），利用趋势分析和残差分析等方法研究了2000—2018年中国不同地区以及不同植被类型VOD的时空动态变化，并在全国及区域尺度上定量评估了气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明：① 中国植被VOD呈极显著增加趋势，AMSRU X-VOD增加速率最快（0.062/10a），尤其是华东地区，而VODCA C-VOD增加速率最低（0.013/10a），其中西南地区增速最高；不同植被类型中，草丛的增速最快，其次为针叶林和灌丛。② 降水和辐射的增加促进了华北和西北地区VOD的增加，气温的贡献主要分布在华南和沿海地区，辐射对表征植被冠层的Ku-VOD和X-VOD的贡献较高。③ 不同数据集均表明人类活动是植被VOD增加的主要因素，VODCA C-VOD、Ku-VOD、X-VOD和AMSRU X-VOD的人类活动贡献率分别为171%、48%、43%和30%，在黄土高原、西南地区和东北平原尤为突出。本文研究结果为生态工程成效评价提供新的数据支持，并为未来生态系统管理和碳增汇提供科学依据。
水土资源是农业生产发展不可或缺的重要资源。然而，水资源时空分布不均匀、与耕地分布不匹配已成为影响中国农业可持续发展的关键问题。本文基于现有耕地，面向粮食生产保障与水资源可持续利用的协同，以保障粮食产量的同时减少水资源消耗、降低区域水资源压力为目标，基于像元尺度作物产量、用水量、区域水资源压力等数据，采用CPLEX优化模型，开展中国主要作物（大豆、水稻、玉米、小麦）格局优化，并从作物用水效率和水资源压力两方面分析其水资源效应。结果表明：① 保证产量不变的前提下进行分省作物格局优化，最多可减少用水总量3.63×1010 m3（降幅为9.60%），平均基线水压力从1.42降至0.90，播种面积可缩减3.08×106 hm2（降幅为3.29%）；② 不同作物优化方向不一，大豆在东北区北部和黄淮海区南部应调减，水稻主要在长江中下游区和华南区中部进行格局调整，玉米整体向东北方向转移，主要在东北区和黄淮海区内部调整，而小麦主要在黄淮海区与长江中下游区北部进行调整；③ 作物协同优化下，小麦灌溉耗水可减少3.08%，其余3种作物减少幅度在20%~30%，水稻灌溉耗水减少量最大（8.52×109 m3）；④ 不同省份作物格局优化对区域水资源的影响有所不同，黑龙江、新疆、内蒙古和安徽四省（区）作物格局优化对灌溉耗水减少量的贡献最大，四川、甘肃和山东则主要体现为作物向水资源压力更小的区域转移，但灌溉总耗水量有小幅增加。本文可为农业生产中的水土资源可持续利用提供决策建议和技术支撑。
城市绿地休闲服务是与城市居民关系最为紧密的城市生态系统服务类型之一。识别城市绿地休闲服务供需失衡关键区并划分规划干预优先级，对于精准提升城市绿地休闲服务供给效率、满足城市居民高品质休闲功能需求具有重要作用。本文以厦门岛为例，利用2019年遥感影像数据、兴趣点数据和统计数据等多源数据，应用InVEST模型、ArcGIS平台和GeoDA等空间分析工具，构建了城市绿地休闲服务供需评价指标体系和研究框架，评价了供需水平及空间聚类特征，并识别划分出供需失衡关键区和规划干预优先级。结果表明：① 厦门岛生境质量和植被生长状态均呈现“南优北劣”的空间分布特征；城市绿地休闲服务供给能力存在显著的空间集聚特征，高—高热点区集中于南部和西部片区。② 常住人口密度与POI核密度均呈现出“总体均质、片区集中”的空间集聚特征；特殊人群人均绿地资源享有率差异较大；城市绿地休闲服务需求水平与供给能力的空间集聚特征相反，高—高热点区分散于西南部及中部片区。③ 识别出387个“低供—高需”失衡关键区单元，主要分布于厦门岛中部及北部片区的居住区，该类区域面临城市绿地休闲服务供不应求的严峻挑战，需要重点修复和优化。④ 划分出5个规划干预优先级，有44个单元处于Ⅳ-Ⅴ级优先区，该类区域需要优先干预，以精准缓解城市绿地休闲服务供需矛盾。
