根据水利部2020年统计结果，中国山洪灾害伤亡人数占洪涝灾害的近70%，已成为造成人员伤亡的主要自然灾害之一。山洪区划是进行因地制宜地实施山洪灾害防治管理的重要基础。本文在吸纳现有与山洪相关的自然地理区划成果基础上，按照综合性与主导性、相似性和差异性以及完整性和等级性原则，从山洪灾害的致灾因子和孕灾环境两方面构建中国山洪区划指标体系，采用自上而下与自下而上相结合的区划思路构建了基于自组织神经网络的混合聚类方法，制定了包含9个区划单元的中国山洪一级区划方案和33个区划单元的中国山洪二级区划方案。以1951—2015年全国历史山洪事件点调查值为基础，利用地理探测器进行客观评价发现，本文制定的一级和二级区划方案对历史山洪事件空间分布的解释力分别达到66.4%和75.4%，表明本文制定的中国山洪区划方案与历史山洪事件的疏密分布规律吻合度较高。本文制定的中国山洪区划方案不仅有效刻画了山洪的地区分异规律，而且为实行因地制宜的山洪灾害防治减灾措施提供了科学依据，有利于推动中国山洪灾害预警预报与防治管理事业的稳健发展。
大规模的人口死亡受到自然系统和社会经济系统的共同影响，是自然灾害对人口系统造成的主要威胁之一。基于从“清代自然灾害信息集成数据库”中提取的人口死亡记录，识别并分析了清代发生的极端人口死亡事件特征，重建了清代极端人口死亡强度、年次及省次的10 a序列，并分析其空间分布和发生原因。结论表明：① 清代共有91年发生过极端人口死亡事件，平均约每3 a发生一次。极端人口死亡事件发生的频率和强度存在一定的阶段性变化，1644年—18世纪20年代为与清代总体平均值接近的阶段，18世纪30年代—19世纪初是清代极端人口死亡事件发生频率和强度均最低的时期，19世纪10年代—1911年为事件发生的稳定高值期。② 清代共有18个省级政区发生过极端人口死亡事件，1644年—18世纪20年代极端事件分布较广但主要为较低强度的事件，18世纪30年代—19世纪初极端事件的分布范围最小，19世纪10年代—1911年事件分布广、强度高，致死因子出现明显的南涝北旱分异。③ 疫病、饥荒和洪涝在各阶段均是造成极端人口死亡事件的主要因子，干旱、雨水和风暴潮则是主要的间接致死因子。
城市化及气候变化影响下洪水问题日益突出，其有从单点向多点、局部向区域、城区向郊区转移的趋势，传统洪水演变规律研究多关注量级变化，对于变化环境下洪水空间尺度特征与影响范围变化的认识尚不清晰。本文以太湖平原地区为典型，建立了基于过程的平原河网地区洪水事件识别与尺度划分方法，分析了1971—2020年局部、区域、和流域不同尺度洪水的特征及变化规律。结果表明，太湖平原地区洪水事件表现出明显的空间尺度差异，以区域性洪水为主（占比69.34%），其中特大洪水主要为流域和区域性洪水。近50年来研究区洪水频次呈现显著增加趋势，主要是由于区域性洪水增加（贡献率为80.8%）。太湖平原地区洪涝成因复杂，不同尺度洪水特征与降雨、潮位、太湖水位、上游来水等因素多表现为显著性相关关系。前期水位是局部和区域性洪水主要驱动因素（贡献率分别占53.2%和54.98%）；总降雨量对局部、区域和流域性洪水的洪水涨幅起主导作用，相对贡献率分别为64.91%、65.01%和78.72%。不同尺度洪水特征的主要驱动因素及其影响程度存在一定空间差异。变化环境背景下太湖平原地区不仅洪水频次和量级有所增加，同时洪水空间尺度也发生了显著变化。本文研究结果可为太湖平原及类似河口三角洲地区不同尺度洪水识别及其形成与驱动机理分析提供参考，保障变化环境下区域防洪安全。
作为地球“第三极”的青藏高原是中国重要的生态安全屏障区，也是全球气候变化的生态敏感区，日益加剧的气候变化对其生态系统功能及稳定性也构成了重大挑战。本文首先分析了2000—2020年青藏高原生态系统格局及其水源涵养、土壤保持、防风固沙等关键功能的时空变化特征，明晰了生态系统功能及其重要性的区域差异，进一步评估了生态系统功能的稳定性状态，将为青藏高原打造生态文明高地、实施保护和修复工程奠定科学基础。结果表明：① 2000—2020年青藏高原湿地面积增加而草地面积明显减少，水源涵养和防风固沙能力有所改善，年变化率分别为3.57 m3/(hm2·a)、0.23 t/(hm2·a)，但土壤保持量整体却呈下降趋势，年变化率为-0.16 t/(hm2·a)；② 青藏高原水源涵养、土壤保持和防风固沙功能的核心区面积占比分别为12.7%、13.9%和14.2%，其中水源涵养核心功能区以藏东南、三江源、若尔盖为主，防风固沙核心功能区集中在高原中西部，土壤保持核心功能区则环绕高原；③ 2000—2020年青藏高原水源涵养、土壤保持以及防风固沙功能在高原东南部、中部呈现较高的稳定性，而在高原西部稳定性相对较弱，结合稳定性评估与生态保护修复实践，可将青藏高原区划为三大类16个生态系统功能区，针对不同核心生态系统功能与不同分区开展差异化的生态保护与修复。
保护人文生态系统的独特性、原真性和完整性是实现青藏高原国家公园群可持续发展的重要路径。综合运用集成评价方法、耦合协调模型和均衡熵指数勾勒青藏高原国家公园群人文生态系统耦合协调的空间分布格局，并借助障碍度模型厘清主要障碍维度。结果显示： ① 青藏高原国家公园群整体人文生态系统的可持续生产能力呈现自东向西梯度递减、各维度上“和谐性>开放性>独立性>脆弱性”的序列特征。在国家公园尺度上，若尔盖国家公园、香格里拉国家公园—普达措片区和大熊猫国家公园的人文生态系统的可持续生产能力处于第一梯队；在县域尺度上，大熊猫国家公园中部县域单元的可持续生产能力排名靠前。② 青藏高原国家公园群人文生态系统的耦合协调度整体上表现出自东南向西北递减的空间特征，国家公园群所涉及的大部分县域处于初级或中级协调状态，大部分国家公园的人文生态系统表现出内部结构耦合互馈。③ 在国家公园和国家公园所涉及的县域单元层面上，人文生态系统耦合协调的首要障碍维度均为开放性，其次为独立性，主要原因多与国家公园所处的地理位置、区位条件、地形特征和经济基础有关。因而，提高开放性，促进人文生态系统与外界物质循环和能量流动仍是今后保护国家公园群人文生态安全的首要任务。
青藏高原极端缺氧环境对人畜健康有巨大影响，研究植被对青藏高原大气氧含量的贡献率，有助于厘清青藏高原大气氧含量变化对人畜健康的环境效应。目前关于青藏高原植被对大气氧含量贡献率的研究较少，且缺乏青藏高原植被产氧量对近地表大气氧含量贡献率的时空分布图。本文使用植被净初级生产力时空分布数据计算青藏高原的植被产氧量，并使用大气相对氧含量经验方程和理想气体状态方程计算青藏高原大气绝对氧含量，进而获得植被产氧量对近地表大气氧含量贡献率的时空分布。结果表明，青藏高原植被在2019年的全年总产氧量为1.0353×109 t，其对青藏高原全域近地表大气氧含量贡献率的理论上限值平均为0.2788 %/d，但存在巨大的时空差异（0.00~4.62 %/d）：时间上贡献率在年内呈“∧”型的变化特征，一年中贡献率最低值出现在12月，最高值出现在8月中旬；空间上贡献率呈现自东南向西北逐渐降低的分布格局，最低值分布在西北部，最高值分布在东南部。从各植被类型来看，单位面积的贡献率由高到低依次为森林、栽培植被、草原、沼泽湿地和灌丛。从海拔分布来看，单位面积的贡献率总体上呈现随海拔升高而逐渐降低的变化特征。本文首次制作了青藏高原植被产氧量对近地表大气氧含量贡献率的时空分布图，并揭示了青藏高原植被产氧量对近地表大气氧含量贡献率的理论上限值及其时空差异，可为青藏高原近地表大气氧含量变化及其对人畜健康的环境效应研究提供参考。
全新世人类活动逐渐增强，其对自然植被的干扰和改造也逐渐加深，在部分地区已然成为引起植被变化不可忽视的因素之一。考古结果证实，浙江地区在过去10 ka存在连续的文化序列，但全新世人类活动对区域植被的影响程度和范围尚不明确。本文收集、整理了浙江地区共40个样点的全新世孢粉记录，按照有无史前文化的发生将其分为遗址、遗址周边和自然3类数据，利用RRatepol程序包计算了各个样点的植被变化速率（RoC)，同时使用孢粉生物群区化方法（Biomisation）重建了古植被变化过程。结果显示，在文化遗址，全新世RoC变化幅度较大且波动频繁，9.0—3.0 cal ka BP期间整体呈增加趋势；遗址周边的RoC变化幅度介于遗址和自然点位之间，在3.0 cal ka BP之后呈现迅速增加；自然点的RoC变幅最小且较为稳定，在2.0 cal ka BP后才出现明显升高。全新世期间人类活动引起的局部植被变化速率可能是自然植被变化的2~3倍，并且在3.0 cal ka BP后，人类活动对浙江古植被影响的空间范围开始明显扩张。人类活动导致的植被变化与自然植被变化存在一定的背离，新石器时代毁林开荒和种植农业的发展导致了浙江地区植被景观的破碎化。遗址点的生物群区停留时间明显低于遗址周边及自然点，说明全新世人类活动加速了区域植被成分变化的同时，也导致植被生态系统的弹性和恢复力显著降低。在浙江地区以孢粉进行的气候重建以及自然保护地体系建设实践中面临的植被保护和恢复问题，必须考虑长期的人类干扰历史以及植被变化历史格局的潜在影响。
本文基于北极涛动（AO）指数、植被净初级生产力（NPP）和气象数据，利用回归分析、合成分析等方法定量分析了1981—2018年印缅地区植被NPP与AO的联系，结果表明：① 印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化，对应冬季AO指数偏高（低）一倍标准差，区域平均NPP显著增加（减少）6.50 gC·m-2，最大增量（减少量）为20.60 gC·m-2，AO与NPP时间序列的相关系数达0.57；② AO主要通过波列影响印缅地区的大气环流，进而影响其降水，造成NPP的异常。伴随AO偏强正（负）位相时，一支沿副热带急流东传的Rossby波在孟加拉湾—印缅地区对流层中低层为气旋（反气旋）环流异常，造成南支槽偏强（弱），槽前西南气流水汽输送偏强（弱），同时伴随槽前上升运动偏强（弱），均利于印缅地区降水偏多（少），对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差，降水均显著增加，分辨率较高的ERA5和GPCC降水显著增加（减少）12.00 mm以上，AO异常年份的降水合成，其值超过90.00 mm，区域平均降水与AO指数的相关系数达0.50以上（p < 0.01）。伴随1.00 mm的降水增加（减少），NPP增加（减少）超过10.10 gC·m-2，二者时间序列的相关系数超过0.40（p < 0.01）。
人类活动与全新世环境变化的耦合过程与机理已成为地球科学领域的研究热点。湖泊沉积物储存了丰富的环境信息，已成为反演过去气候变化的良好材料。目前古环境代用指标指示人类活动的研究多通过单一湖泊进行讨论，缺乏一定的整体区域研究，且通过古环境代用指标辨识该区域人类活动的研究相对较少，指示人类活动的古环境代用指标具有不确定性。本文分析了祁连山周边内流河流域14个终端湖泊的岩性、年代和古环境代用指标数据，重建了该区域全新世以来的气候变化，探索了全新世以来气候变化与人类活动的耦合关系。初步结果如下：全新世以来祁连山及周边地区终端湖泊中有机质多为水生和陆生植物混合来源；祁连山地区早中全新世气候温暖湿润，晚全新世以来气候干旱化明显；古环境代用指标变化与沉积相变化密切相关，不同沉积相对应的代用指标指示意义差异较大，2.0 cal ka BP以来湖泊沉积相的变化开始受到人类活动影响，距今200 a左右开始，人类活动对区域环境变化起主导作用。
秦岭与大巴山之间的汉江连通了汉中、安康等山间盆地，其间分布着众多旧石器遗址，是探究地貌过程对古人类活动影响的理想区域。本文通过黄土地层学、磁性地层学、碎屑锆石U-Pb年龄谱物源示踪，限定了安康盆地汉江高阶地时代及汉江自东向西贯通安康和汉中盆地的年代，讨论了轨道尺度气候变化背景下汉江地貌和水系格局演化对古人类在南秦岭山间活动的可能影响。结果表明：① 汉江在安康盆地发育了8级阶地，其中第六级阶地形成于约1.82 Ma；② 汉江阶地大多形成于间冰期—冰期转换期，且随着1.2 Ma中更新世气候转型与秦岭隆升速率的增加，形成更多的阶地；③ 汉江自东向西袭夺、贯通安康盆地和汉中盆地的时代不晚于1.82 Ma。河流袭夺和山间盆地连通为古人类在至少约1.5 Ma沿宽阔河谷往来秦巴山地提供了便利的地貌条件，此后形成的多级阶地为古人类提供了广阔的活动空间。
丹霞景观指以丹霞地貌为主体的景观风貌，在中国分布广泛。丹霞地貌学科发展和保护利用离不开全国尺度上对其景观分异的深入认识。本文依据岩性、崖壁高度、岩层产状、岩石强度等数据，定量分析丹霞景观特征的空间格局；结合对中国超过200处丹霞地貌的实地调查所获认识，半定量地确定了中国丹霞景观的空间分异；综合地质、地貌等因素，将中国丹霞景观划分为东南部、川渝黔边区、鄂尔多斯高原、鄂尔多斯盆地西南部、“天山—祁连”沿线和青藏高原地区6个各具特色的丹霞景观片区。通过全国尺度丹霞景观的对比发现：① 红层沉积范围和喜马拉雅运动的地壳升降格局共同控制了丹霞地貌的空间分布；② 喜马拉雅运动在中国不同区域构造变形特征控制了丹霞成景地层倾斜程度；③ 不同类型盆地岩性的差异，影响崖壁平整程度等坡面形态；④ 岩石强度对崖壁高度影响较小，但垂向岩石强度的差异导致水平凹槽或洞穴的形成，并导致以崩塌为主的地貌过程；⑤ 地貌演化阶段影响单体和群体景观的丰富程度；⑥ 气候主要影响当前活跃的地貌过程，植被和水体等自然地理要素与地貌的组合塑造了不同的丹霞景观特色和美感。全国尺度上，丹霞景观特征在空间上的分异是构造演化历史、地表环境等因素的区域性表现。
山体效应是隆起山地产生的热力效应，其对山区水热条件格局和生态地理过程有着普遍且深远的影响，也是山地科学相关研究的突破口之一。本文基于多源遥感数据和气象观测数据进行中国天山气温空间降尺度反演，开展研究区山体效应估算和时空格局分析，借助地理探测器及GWR模型探析中国天山山体效应时空异质性成因规律。结果表明：① 中国天山气温格局复杂多样，整体呈南高北低、东高西低的分布特征；气温的地带性特征明显，且与海拔、内外程度均呈负相关。② 研究区山体增温效应普遍且突出，同海拔气温由西向东、由北向南均呈阶梯式递增；大型沟谷和山间盆地等地貌单元削弱了同海拔气温的纬度地带性和海拔依赖性特征，其中天山南脉、额尔宾及巴里坤等隆起区山体增温效应尤其明显。③ 影响中国天山山体效应整体格局的主导因子为地形及区位，其中内外程度与高程的贡献突出；因子间的交互作用对山体效应空间分异的影响大于单一因子，地形与气候、降水、NDVI等因子的交互作用强烈。④ 主要驱动因子对研究区山体效应空间变化的作用方向及强度存在明显的空间异质性。绝对高程与山体效应强度呈显著正相关，降水和NDVI则以负反馈作用为主。总体而言，地形与降水、下垫面等因子耦合形成独特的山地环流系统和气候特征，进而增强天山山体效应的时空异质性。本文研究结果是对山体效应成因分析及其生态效应研究的有益补充。
有色金属采选作为中国制造业支柱产业之一，在支撑国民经济发展的同时也是重金属污染防控的重点，掌握其企业用地空间格局及驱动力对推进产业布局优化及环境污染统筹治理意义重大，但当前对全国尺度有色采选企业用地格局演化研究仍较为欠缺，难以满足国土空间优化及产业污染防控实际需要。本文基于地理大数据、网络地图POI和环境专题数据等多源信息融合，获取高分辨率企业用地数据，借助GIS分析方法研究了中国有色采选企业用地时空格局与演变特征，并采用空间回归模型探讨了其驱动因素。结果显示，中国有色采选场地增长总体经历了早期平稳缓慢发展（20世纪初—1978年）、改革开放后逐渐增长至达峰（1979—2006年）、随后趋稳（2007—2019年）的发展趋势；空间上，由湘东南、滇东向资源和能源丰富的中西部地区不断扩展，并呈现出显著的聚集，聚焦特征逐渐增强，最终形成了以滇东、湘赣粤结合区、皖南、豫西为核心热区，西北、东北等局部为副核心热区的“四核多副”聚集模式。上述时空演变特征受到资源禀赋、路径依赖及前期鼓励性产业政策的正向推动，但2010年后密集推出的限制性产业及环保政策对有色采选企业用地的扩展具有明显的抑制作用。本文可为相关产业优化宏观战略决策及环境空间治理提供科学依据。同时，本文提出的应用多源地理大数据技术构建全国尺度高精度企业用地信息数据集的方法体系，也可为大区域尺度的相关评估工作提供方法参考。
地理大数据实现对区域人地系统的精细刻画，为研究人地关系和区域发展等提供新的数据。当前，地理大数据进入了广泛应用，但一直缺乏对其质量的考察及相应的评估方法。兴趣点（POI）数据是地理大数据重要组成部分，对基于位置服务和区域场景理解具有重要作用。本文提出POI类大数据评估与提升方法，基于场地调研、GIS等方法从地物识别完整率、数据冗余率和空间位置准确率3个维度实现质量评估；基于数据生产过程发现和总结数据质量的可能影响因素，证明多源数据融合是提升POI数据质量的有效手段。研究发现，基于API接口获取的高德数据量略高于百度，空间位置准确率相当，冗余率较低；高德侧重识别地物入口，适于可达性等分析；百度侧重发现非标志性地物，适于空间规划等分析；发现、采集和处理阶段是降低数据质量的可能环节，受数据保护机制影响，数据质量与获取量及面积成反比；多源异构地理大数据质量评估、提升与融合是提升数据“涌现价值”、促进多学科交叉融通、解决新时代地理学问题的关键途径之一。
随机森林模型是精准刻画区域人口分布规律和影响机制的主流研究方法。本文以石家庄为实验区，以综合禀赋分区为建模单元，在公顷网格粒度上分区开展分层采样，系统进行了递增式人口密度影响因子遴选实验，全流程（分区建模、分层采样、因子遴选、加权输出）优化了人口密度随机森林模型。研究表明：① 分区建模抑制了模型混淆人口分布法则问题；在栅格粒度上采样，不仅使训练样本数据质量摆脱了MAUP的困扰，而且在形式上尝试降低区群谬误的不良影响；分层采样确保了样本数据集中人口密度标签值的分布稳定性。② 利用人口密度随机森林模型，分区开展人口密度影响因子遴选实验，逐步提升了模型的拟合优度R2；距聚落距离是各区人口密度的主要影响因子；各区的人口分布影响机制存在显著差异，创新禀赋因子对城镇地区人口密度有较强影响，自然禀赋因子对乡村地区人口密度有较强影响。③ 对人口密度预测数据集进行优化组合，显著提高了模型的鲁棒性。④ 所获人口密度数据集具有多尺度叠加特征，大尺度上呈现出平原人口密度高于山区，小尺度上呈现出城镇人口密度高于乡村的“核心—边缘”特征。人口密度随机森林模型优化方案为揭示地方性人口分布规律和人口分布影响机制提供了统一的技术框架。
