北极地区正在经历前所未有的气候及陆地环境变化，气温升高、植被绿化、冻土融化以及野火频发等因素已经对北极地区的第一产业产生了广泛而深远的影响。为了支撑气候变化背景下北极第一产业的可持续发展与相关政策的制定，有必要加强北极气候及陆地环境变化对第一产业影响的整体性认识。本文针对北极地区的种植业、畜牧业、林业以及渔业4个第一产业部门，系统梳理了它们受到气候及陆地环境变化影响的类型与程度。同时，本文基于跨部门视角总结了当前北极环境变化对第一产业影响的相关研究，并从5个方面进行了分析与展望：① 气候及陆地环境变化对第一产业的具体影响方式；② 整合局域性科学认识的挑战；③ 气候变化适应策略的制定与实施；④ 数据与方法层面的整合与创新；⑤ 气候变化影响下北极第一产业变化对中国的启示。本文总结了未来气候变化背景下北极第一产业研究的重点领域，可为中国参与北极第一产业资源的可持续利用与开发提供参考。

河宽作为河流形态的基本参数之一，对于理解地表水过程和河流生态系统功能至关重要。雅鲁藏布江是全球具有典型地域特色的高原河流，也是重要的国际河流。雅鲁藏布江地处偏远山区，其地形环境条件恶劣、测量站分布稀疏，严重限制了对雅鲁藏布江河流水文动态变化特征的科学理解。遥感卫星通过提供多时相、长时序观测影像数据，使雅鲁藏布江河宽长期动态变化监测和水文特征分析成为可能。本文基于全球地表水变化数据集（GLAD），利用水体边界水淹频率阈值分割法重建了2000—2020年雅鲁藏布江逐月完整的水域范围，进而提取和解析雅鲁藏布江干流河宽的时空变化特征。研究结果表明：2000—2020年期间，受年内气温和降水季节性差异等影响，雅鲁藏布江干流河宽呈现出显著的季节性变化特征，中游河段的季节性变幅最大（453.6 m），下游河段季节性变幅最小（90.3 m）；雅鲁藏布江干流河道受气候和地形的影响，空间分布差异大，河道可观察到的最窄处约30 m（即Landsat卫星影像的最小空间分辨率），中下游辫状河流有效河宽最大可达6000 m，全程约50%长度的河道宽度小于150 m，仅2.0%的河道宽度大于2000 m；2000—2020年雅鲁藏布江干流河道的年平均河宽呈现先下降、后上升、再下降的变化特征，雅鲁藏布江全程平均河宽与降水、气温之间呈现较显著的正相关关系（通过p<0.01的显著性检验），相关性系数R值均为0.7。此外，本文利用10 m分辨率Sentinel-2影像数据目视解译提取的河宽信息与本文基于GLAD重建的河宽结果进行对比验证，两者的相对偏差低于2%，表明本文雅鲁藏布江河宽的提取结果总体可信。

黄河源区不同地貌环境下的河网发育模式、平面形态等具有显著差异，存在羽状、矩形状、对称羽状和树状4种典型的河网类型。选取黄河源区83个典型子流域，计算了河网平面特征参数，探讨了河网参数与地形和气候因子的关系及河网类型的分布规律。结果表明，4类河网平面特征差异性通过流域宽长比、河网密度和流域内河流流向最大频数得到了较好的体现。流域坡度和降雨量对河网密度及流向的影响显著，且能较好解释河网密度及流向最大频数的变化；降雨对流域宽长比的影响显著。羽状主要分布在源区上游北部边缘地带，气候干旱，地表裸露，流域坡度均值为4.5°，流域高差均值为730 m。矩形状集中分布在若尔盖地区，气候相对湿润，且有大量的沼泽湿地，流域坡度和流域高差均值分别为2.3°和177 m。对称羽状处于高山峡谷地带，流域坡度和流域高差均值分别为16.9°和1167 m，降雨量变化范围大。树状分布在黄河源中游山区及中下游的冲积地貌，流域坡度和流域高差均值分别为15.4°和968 m，植被覆盖较好。结合4类河网的空间分布特征及河网参数与环境因子的多元回归分析结果分析，认为地形是决定河网平面形态分异的主要原因；当地形限制减小，气候条件和植被覆盖情况对河网的发展起了重要作用。

土壤粒径（砂粒、粉粒和黏粒）是各种陆表过程和生态系统服务评估等模型的关键参数。作为一种土壤成分数据，土壤粒径的空间预测方法有和为1（或100%）等特殊要求，其空间分布精度受预测方法影响较大。本文针对土壤粒径相较于其他土壤属性的特殊性，提出了土壤粒径空间预测方法框架，综述了土壤粒径数据变换、空间插值和精度验证等系列方法，总结了提升土壤粒径空间预测精度的各种途径，包括通过有效的数据变换改善数据分布、结合数据分布特点选择合适的预测方法、结合辅助变量提升制图精度和分布合理性、使用混合模型提升插值精度、使用多成分联合模拟模型提升预测的系统性等。最后，提出了今后土壤粒径空间预测方法研究的未来方向，包括从考虑数据变换原理和机制角度改善数据分布、发展多成分联合模拟模型和高精度曲面建模方法，以及引入土壤粒径函数曲线并与随机模拟结合等。

落实“山水林田湖草生命共同体”理念，提出美丽中国生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。因地制宜地做好美丽中国建设的生态区划，提出生态建设分区方案，是实现美丽中国愿景的重要路径。目前，生态区划对于新时期系统性生态建设内涵，以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性影响的考虑不足。本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架，综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性，建立美丽中国生态建设分区三级指标体系，以及对生态现状本底和退化程度进行评估的生态建设综合指数和生态退化综合指数。以全国第三级流域为基本单元，基于指标现状特征及生态综合评估结果，通过空间聚类分析将全国划分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区，并在二级分区的基础上选择典型区划分出三级生态建设区。分区结果为美丽中国生态建设提供应用支撑。此外，未来生态建设分区的指标构建应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性，并进一步耦合气候变化和人类活动对生态系统的双重干扰。

喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提，然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响，其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应，本文从多尺度视角出发，利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力，并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明，坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子，两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响，坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上，海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小，在高分辨率下其解释力最优；在山地类型区，海拔空间变异性较大，在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力，以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。

土壤温度状况对于研究气候变迁、地球物质能量循环以及土壤性质演变具有重要意义,但目前对国家尺度上土壤温度状况的长期序列和空间变化缺少研究。因此,本文基于土壤温度内插法和地理加权回归（GWR）模型,使用1951—2010年中国880个气象站点的观测数据,研究了中国土壤温度状况时空变化特征及其影响因素。结果表明：① 中国60年来土壤温度变化整体趋势为东北地区升温,西南地区少部分地区降温;② 中国土壤温度状况可划分为冷性土壤温度状况（东北地区、青藏高原地区和内蒙古东部）、温性土壤温度状况（新疆南部、内蒙古和山西南部以及山东）和热性土壤温度状况（华中、华东、华南以及西南的云南、贵州和四川）;③ 经纬度和气温与土壤温度具有良好的响应关系,其中气温是最重要的影响因素;④ 中国60年来整体呈现温性土壤向北迁移（约46.5 km）、冷性土壤向南迁移（约43.4 km）的趋势。研究结果可为地理学、土壤学等相关领域深入研究提供一定参考,并为土壤系统分类研究提供理论依据。

雅鲁藏布江流域是全球气候变化的敏感区,该流域降水变化对青藏高原的水系统、生态系统和山地灾害系统的演变具有重要影响。本文通过流域水文分析,将雅鲁藏布江流域的三大水资源区细分为9个分区。基于雅鲁藏布江流域1979—2018年降水数据,综合分析了雅鲁藏布江流域及9个分区的年、干湿季、月降水量以及日、小时尺度极端降水的时空变化特征,探讨了降水和典型大尺度大气环流因子的相关性。结果表明：① 1979—2018年间,在流域尺度上,各时间尺度降水整体上均呈上升趋势。其中,年降水量上升趋势最大,为2.5 mm·a^-1;年、干湿季降水量以及典型小时尺度极端降水（Rx3hour、Rx12hour）均在95%信度水平下显著上升。在水资源分区尺度上,各分区不同时间尺度降水的变化趋势呈现更明显的非一致性,所有分区除小时尺度极端降水均呈上升趋势外,其余时间尺度降水的趋势变化方向各异。② 雅鲁藏布江流域降水存在明显的空间分异性,且降水空间分异性会随着降水指标时间尺度的缩短而增强。各时间尺度降水整体上均呈现出自东部向西部逐渐减少的趋势,流域东南部（分区Ⅲ-2）始终是高值中心,流域中西部（分区Ⅰ-2、Ⅱ-1）存在区域性高值中心。③ 北半球副热带高压和北半球极涡对雅鲁藏布江流域降水变化具有显著影响。研究结果有助于掌握当地降水的多尺度变化特征,可为雅鲁藏布江流域和青藏高原地区的水循环研究、水资源开发利用和山洪灾害防治等提供科学基础。

高海拔或高纬度山区（尤其高山冰川及冻土急剧消退区）常孕育适宜泥石流发育的地形和物源条件。气候变化（如升温、强降雨事件增多等）影响下,高山区潜在孕灾环境更易于成灾,泥石流成为主要的灾害类型和物质输移方式,也是高山区地貌变化的重要驱动力。由于野外监测困难,数据资料匮乏,鲜有针对高山区泥石流过程地貌效应的分析报道。以中国藏东南高山区泥石流多发的帕隆藏布流域为研究区,以古乡沟、天摩沟和扎木弄沟为典型小流域,结合遥感影像、DEM数据、无人机航拍、高精度RTK测量和野外踏勘调查,分析泥石流沟道地貌发育特征（冲淤变化、平面摆动）及其对主河河流地貌的影响,并探讨大规模泥石流事件影响下河谷地貌的长期演变趋势。高山区泥石流过程强烈塑造沟道自身地貌,上游物源区深切展宽和溯源蚀退,沟口堆积扇冲淤变化受控于泥石流事件规模和水流强度。泥石流过程显著影响主河道河流地貌,造成主河道横向冲淤和摆动,并影响堰塞体上游河段平面形态发育。长时间尺度上,河谷地貌在平面上发育形成宽窄相间的藕节状而在纵剖面上形成台阶状形态。

对于多沙河流或河段,水沙关系模型多表示为考虑来水含沙量的幂律函数形式：Q_s=KS_u^aQ^b,本质反映了河道的不平衡输沙规律,模型参数变化主要受到河道边界条件的影响。河段距离作为反映沿程空间尺度的一个重要指标,对模型系数K与指数a、b具有重要的影响。以黄河下游河道为研究对象,分析研究了模型系数K与指数a、b随河段距离的变化规律与计算方法,并用于黄河下游河道输沙沿程变化模拟。模型参数变化规律分析表明：指数a随河段距离的增大而减小,两者呈指数负相关关系;系数K随河段距离的增大而减小,且与指数a呈指数正相关关系;指数b随河段距离的增大而增大,且与指数a呈线性负相关关系,两者之和约为2.0。通过建立模型系数K与指数a、b随河段距离变化的计算表达式,构成了考虑来水含沙量的水沙关系模型的参数条件补充方程。对黄河下游河道输沙沿程变化模拟结果表明,黄河下游河道沿程含沙量的计算值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R²值可以达到0.96,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在0.93以上,模拟效果良好。研究结果有助于深入认识考虑来水含沙量的水沙关系模型参数的物理意义与探索模型参数的确定方法。

北半球中纬度地区的沙丘地貌变化和粉尘活动历史是探索全球环境变化与景观响应问题的良好档案。本文从风沙地貌学、粒度沉积学、地球化学和气候学等方面综合分析了中纬度典型荒漠区河西走廊的典型沙丘动态变化、物质来源、粉尘活动历史及其影响因素等。结果表明,20世纪60年代以来研究区典型新月形沙丘和新月形沙丘链等发生了较大的移动或摆动,平均移动速度介于0.8~6.2 m/a之间。沙丘的动态变化主要受年降水量、年平均风速和年大风日数的影响,表明气候是沙丘地貌变化的首要影响因素。沙丘沙（三段式）与戈壁沉积物的两段式粒度曲线模式明显不同,揭示了后者在沉积学上的“不成熟性”而前者经历了高效的风成分异作用且非局地起源。古地理、沉积学和地球化学综合证据揭示沙丘沙的母源物质主要是冲洪积物和古河流沉积物等,包括南北山麓剥蚀带的碎屑沉积等。地表细颗粒物质的比例、表层盐结皮的覆盖率和可蚀性砂质物质含量等指标指示了西部戈壁区不是中东部风尘的主要来源区。沙丘移动方向与区域性主导风向在空间分布上具有相似性,表明河西走廊东、西部间之间在沙丘地貌动态演化上的差异应受控于区域尺度的环流风系,即受控于动力机制而不是物质来源上的差异。区域气候的暖湿化是对全球增温和亚洲夏季风增强的同步响应,也是研究区沙尘暴减少的主要原因,同期河西走廊潜在的逆沙漠化过程亦受控于气候变化;但绿洲区沙漠化过程还是起因于人类活动影响的地下水波动。

表碛覆盖型冰川是中国西部较为常见的冰川类型。表碛层存在于大气—冰川冰界面,强烈影响大气圈与冰冻圈之间的热交换。表碛厚度的空间异质性可极大地改变冰川的消融率和物质平衡过程,进而影响冰川径流过程和下游水资源。基于Landsat TM/TIRS数据,运用能量平衡方程反演了贡嘎山地区冰川表碛厚度,研究了贡嘎山地区冰川在1990—2019年间表碛覆盖范围及厚度变化情况,同时对比了东西坡差异。结果表明：① 贡嘎山地区冰川表碛扩张总面积达43.824 km²。其中,海螺沟冰川扩张2.606 km²、磨子沟冰川1.959 km²、燕子沟冰川1.243 km²、大贡巴冰川0.896 km²、小贡巴冰川0.509 km²、南门关沟冰川2.264 km²,年均扩张率分别为3.2%、11.1%、1.5%、0.9%、1.0%和6.5%;② 海螺沟冰川、磨子沟冰川、燕子沟冰川、大贡巴冰川、小贡巴冰川、南门关沟冰川表碛平均增厚分别为5.2 cm、3.1 cm、3.7 cm、6.8 cm、7.3 cm和13.1 cm;③ 西坡冰川表碛覆盖度高,表碛覆盖年均扩张率低,冰川末端退缩量小;东坡冰川表碛覆盖年均扩张率高,但表碛覆盖度总体低于西坡,冰川末端退缩量大。

粮食安全关乎人类生存和社会发展,是总体国家安全观的重要组成部分。本文首先梳理了作物产量影响因素及干旱对作物产量的影响过程,进而从基于田间控制实验、统计模型、作物生长机理模型以及遥感反演模型等4个方面系统回顾了干旱对全球主要作物产量影响评估的最新进展,揭示出当前研究呈现出由单灾种向多灾种、由单目标向多目标、由统计模型向综合模型转变的特征。文献计量分析表明,1990—2020年干旱对作物产量影响研究发文量呈指数增长,且研究主题经历了由传统的作物水分胁迫到作物受旱影响与适应综合研究的转变过程,体现出研究视角的不断深化和综合。在学科分布上,农学、植物学和环境科学是研究干旱对作物产量影响的主要学科,建议应加强地理学多要素多尺度的系统性思维在粮食和水资源耦合系统研究中的应用。最后,在分析现有问题和挑战的基础上,将未来应关注的重要议题归纳为以下4个方面,即构建干旱对作物产量影响的多源信息数据库、阐明干旱对作物产量影响的关键过程及机理、发展耦合宏观与微观过程作物生长机理模型和搭建作物产量与粮食安全综合监测平台系统,旨在通过提高干旱对作物产量影响的监测预警和科学管控,实现农业可持续发展和全球粮食安全。

1981—2019年全球气温变化特征是揭示全球气温变化的空间差异性以及实现全球共同应对气候变化的关键。本文基于7套再分析数据,采用气候变化速率及空间插值等分析方法,分析了1981—2019年全球气温变化时空特征及主要国家气温变化。结果表明：1981—2019年全球陆地气温以0.320 ℃/10a的速率呈极显著升高趋势,年平均气温增加了0.835 ℃;南、北半球陆地气温变化速率分别为0.147 ℃/10a、0.362 ℃/10a,均呈极显著增加趋势,分别增加了0.874 ℃、0.828 ℃。全球陆地80%面积上气温呈现显著增加趋势,年平均气温升高速率最大的区域位于80°N~90°N,其次是70°N~80°N、60°N~70°N,高纬大于中、低纬,格陵兰地区、乌克兰、俄罗斯等中高纬度国家或地区增温速率较快,尤以格陵兰地区增加速率最快,气温变化速率为0.654 ℃/10a;增温最慢的地区主要位于新西兰和赤道附近的南美洲、东南亚、非洲南部等地,气温变化速率不足0.15 ℃/10a。本文统计的146个国家中,年平均气温呈显著增加趋势的国家136个,占93%;气温无显著变化的国家10个,占6.849%。1981—2019年全球增温2.0 ℃以上、1.5 ℃以上、1.0 ℃以上的国家分别为4个、34个、68个,分别约占统计国家的2.740%、23.288%、46.575%。本文认为1998年以来全球并没有出现气温变暖停滞的现象。

湖泊水位高低通常能有效地指示湖盆内湿润条件的变化,进而反映区域有效降水（降水—蒸发）变化,成为重建第四纪古气候演变的重要指标之一。通过对苏联和蒙古国古湖泊数据库以及中国晚第四纪古湖泊数据库中149个湖泊水位变化资料的梳理总结,探讨了末次盛冰期（18 cal. ka BP）以来该地区干湿变化规律及区域分异。根据研究区气候特征、地理位置及已有研究成果将其分为东欧湖泊区、中东亚干旱区和中国北方季风区三大湖区。根据不同水位记录在整个湖泊历史中出现的频率,采用3级重新分类区分出高、中、低3级水量,并把每个湖泊数字化的3级古水量表示成与现代的差值,得到每个湖泊样点每千年时间间隔内相对现代的5级水量变化（很湿润、湿润、无变化、干旱和很干旱）。结果表明,三大湖区末次盛冰期以来可能经历了不同的干湿变化过程：东欧地区湖泊水量记录在晚冰期之前较少,至全新世逐渐增多,且基本表现为早全新世干旱、中晚全新世相对湿润的状况。中东亚干旱区整体呈现出末次盛冰期至中全新世均较湿润而晚全新世干旱的气候状况,但区域内部不同湖泊在起讫时间和强度上存在显著差异。中国北方季风区的湿润期主要发生在早中全新世,但是不同湖泊有所不同。对比分析显示,早全新世时东欧地区东部气候随着斯堪的那维亚冰流的逐渐消退而逐渐变湿润,中全新世由于夏季北欧反气旋东翼的气旋气流增强而达到最湿润状态,西部地区早全新世由于强劲的西伯利亚热高压存在而整体偏干旱,中全新世由于夏季亚洲季风的渗透而转为湿润。中东亚干旱区冰期内的湿润条件可能主要与西风带降水及低温低蒸发有关,而全新世则可能主要与夏季风深入内陆导致降水增加有关。中国北方季风区全新世湿度变化可能主要受东亚季风控制。

在水利工程建设及其人为调度的影响下,平原河网水系连通程度发生了巨大变化。为此,针对平原河网区水文连通难以模拟的问题,在现有水系结构连通的基础上,将水利工程的运行纳入水文连通的评价体系,提出一种适用于平原河网区水利工程调控下的水文连通评价指数（SLCI）。该指数从水闸通过概率、水流分流能力及河网连通程度,从点—线—面分尺度逐步评价不同调度规则下汛期与非汛期水文连通的动态变化。并且,该指数以格网为评价单元,结合反映地理要素空间集聚性的Getis-Ord G_i^*指数,相比行政单元、水利片区等大尺度评价单元,能够更精细地描述水文连通空间上的分异性。太湖流域武澄锡虞区是一个典型的平原河网区,本指数在该区域进行了应用,得到以下结果：受到水闸调控的作用,武澄锡虞区非汛期时平均水文连通指数为0.66,汛期时平均水文连通指数则为0.50。另外,非汛期时水文连通集聚空间范围比汛期时高5%。其中,非汛期与汛期连通高值区SLCI值分别为0.93与0.87,低值区SLCI值分别为0.25与0.16。本文提出的水文连通评价指数可为有关部门开展长三角地区水系建设工作提供理论支撑,也为开展人为调控下平原河网区水文连通评价提供新思路。

高分辨率地形与影像数据的缺乏已成为研究地表现象、特征与过程的重要瓶颈。低成本无人机设备和摄影测量技术的发展,打开了地学领域获取高分辨率数据的大门,大大提高了地质灾害野外调查与灾害编目的精度与效率。本文通过无人机野外调查和遥感室内目视解译,构建了一个包含307个黄土滑坡属性的数据库。在此基础上,通过数字地形分析和数理统计等方法,总结归纳了黄土滑坡样本数据的分布规律,探讨了地形对黄土滑坡分布的影响,阐述了地形相对高差对最长滑动距离、滑坡周长、滑坡面积的影响,提出了基于传统经验公式拟合的滑坡规模快速预测公式。结果表明：① 滑坡规模—频率分布具有明显的规律性,不同最大长度、最大宽度和周长的黄土滑坡数量分布均呈现正偏态分布,而不同面积的滑坡数量分布则服从幂函数分布;② 地形对黄土滑坡发育控制作用明显,不同地形高差、平均坡度、坡形的斜坡单元滑坡发育数量差异较大;③ 地形相对高差与滑坡的最长滑距、周长和面积的拟合曲线很好地符合幂律分布规律,但不同地形区的拟合效果有所差异,黄土丘陵区拟合效果最好,黄土高原全区次之,黄土台塬区最差;④ 本文建立的黄土滑坡规模快速预测模型,为黄土滑坡灾害调查提供了经验公式支撑。

全球气候变化背景下,降水格局改变食物供给将是人类当前和未来所面临的重大挑战,但很少有研究揭示食物供给随降水格局变化的关系。研究中国西南、东南季风共同作用区的降水与食物供给变化,对厘清该区降水与食物供给的动态关系、实现区域粮食安全、保障西南边疆稳定、落实区域民族政策、建成全面小康社会等具有重要意义。文章以中国西南地区的云南省为例,刻画了1988—2018年降水变化格局,并探讨了其对食物产量的影响。结果表明：① 云南省降水时间格局分为：Ⅰ降水丰沛期（1988—2004年）、Ⅱ降水偏少期（2005—2015年）、Ⅲ降水恢复期（2016—2018年）等3个降水时段;② 第Ⅰ~Ⅱ时段,全省降水发生显著变化区域为15.07%,第Ⅱ~Ⅲ时段为13.87%,第Ⅰ~Ⅲ时段为16.53%;③ 全省水平上,降水与食物产量具有显著正相关关系（p<0.01）,且粮食产量与各时间段降水相关系数高于肉奶产量;④ 当降水≥1500 mm时降水量快速下降,粮食产量保持稳定、700~1500 mm时降水量与粮食产量同为小幅下降、≤ 700 mm时降水量小幅下降,粮食产量大幅波动下降。总体而言,1988—2018年云南省降水格局发生了明显的变化,且在不同区域对食物供给产生了显著影响,故亟待划分全省范围的食物产量对降水响应的空间区划,以此来应对日益加剧的降水格局变化。

冰川是重要的淡水资源,对社会经济发展和生态环境影响显著,而其变化的脆弱性也关乎区域生态服务和经济可持续发展。本文以中国天山为例,基于脆弱性的暴露度、敏感性、适应能力构建涵盖自然地理特征、人口状况、社会经济水平、农业发展和社会服务等因素的冰川变化脆弱性框架,并以此针对性构建评价指标体系,探析天山冰川变化脆弱性的空间特征,采用地理探测器模型探讨自然、社会、经济和人口等因素对冰川变化适应能力的影响及交互作用。结果表明：① 脆弱性等级由西部地区向东部地区呈降低趋势,且水平差异显著。天山东部地区脆弱性最低、中部地区次之、西部地区较高。② 暴露度、敏感性和适应能力在空间上分别存在明显正相关与负相关,表明区域范围内冰川变化具有高暴露、高敏感地区往往适应能力较低,进而导致脆弱性较高;反之,脆弱性较低。③ 天山应对冰川变化能力的空间异质性是自然、社会、经济和人口因素共同作用的结果。其中,第二、三产业产值、城镇人口数、城镇固定资产投资与年末单位从业人员等因素具有主导作用。

秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于土壤二普资料,采用空间模拟和地统计方法分析土壤有机碳/全氮空间特征及与主要自然地理要素的关系。结果显示,秦巴山区有机碳/全氮含量空间分布趋势一致,存在3个高值区、1个次高值区和1个低值区。高值区分布在秦岭、大巴山高海拔区域和嘉陵江以西山地,含量分别为15.03~71.04 g/kg、1782.61~7710.00 mg/kg;低值区沿秦岭北坡的渭河谷地、南五台山和伏牛山分布,含量分别为0.64~6.50 g/kg、110.00~885.96 mg/kg;次高值区主要在汉江两侧、秦巴山地之间海拔< 1000 m及嘉陵江两侧略高于1000 m的山体,含量介于以上二者之间,自西向东呈南北向宽幅逐渐增大的“喇叭状”趋势。综合考虑地形—植被—气候作用,发现秦岭南坡—大巴山北坡有机碳/全氮次高值区分布范围与1000 m等高线、暖温带落叶阔叶林带（含常绿成分）和亚热带常绿落叶阔叶混交林带上限、1月0 ℃等温线、7月24 ℃等温线较一致,区内1月、7月、季节和全年气温变化较小,各季降雨变幅大,该区是亚热带向暖温带过渡的主体,北界大致沿都江堰—茂县—平武—文县和秦岭南坡1000 m等高线分布,南以都江堰—北川—青川和大巴山北坡1000 m等高线为界。有机碳/全氮空间变化为亚热带—暖温带的划界提供一定依据,进一步识别典型区土壤过程及生态效应,将全面揭示土壤多维过渡特征及其变异机理。

为了探究过去150 a来大气粉尘沉降历史及其对季风边缘区和季风影响区的影响差异,利用长白山典型雨养泥炭灰分粒度、成岩化学元素、²¹⁰Pb和¹³⁷Cs年代等指标重建过去大气粉尘变化,并与大兴安岭摩天岭雨养泥炭粉尘记录进行比较。东北山地泥炭灰分主要以粘土颗粒和粉砂颗粒物为主。中值粒径和成岩元素特征也初步揭示东北山地泥炭中矿物灰分主要源于蒙古国和中国北方沙漠和沙地的土壤尘。大气土壤尘降通量自19世纪初至20世纪60年代表现出逐渐增加的趋势,与区域近代化、工业化和战争等人类活动强度增加一致。在过去60 a间具有减小的趋势,与区域自然尘暴的监测数据吻合较好。东北地区长距离传输的大气土壤尘降通量背景基线为(5.2±2.6) g m^-2 a^-1。长白山大气土壤尘降通量（5~38 g m^-2 a^-1）小于大兴安岭（14~68 g m^-2 a^-1）,揭示了大气尘降随着与尘源区的距离增加而递减,对东北地区西部的影响要强于对东部的影响。

潮沟是陆海生态系统交互作用的主要通道,具有高度的时空动态性。以黄河三角洲新旧河道为界,划分黄河北岸（Ⅰ区）、南岸东（Ⅱ区）、南岸西（Ⅲ区）为对比研究区,选择1998—2018年5个关键时间节点的遥感影像为数据源,利用GIS空间分析功能,定量表征了潮沟发育程度的典型形态特征参数,剖析了黄河改道、湿地恢复工程和外来物种入侵等因子对潮沟发育过程的影响,挖掘潮沟网络的时空演变规律。结果表明：① 潮沟的形态特征具有明显的时空异质性。从1998年黄河改道初期至2004年湿地恢复初期,Ⅰ区各等级潮沟数量大幅减少;由于潮滩淤进和互花米草固滩作用,Ⅱ区潮沟数量、密度、分汊率呈现增长趋势,在2013年互花米草的快速扩张期,潮沟曲率、分汊率明显增大;Ⅲ区潮沟发育的等级、长度、密度最大,等级间的转化频率最高,湿地恢复工程导致低等级潮沟数量、长度明显减少,较强的海洋动力抑制了潮沟曲流的发育。② 黄河改道和侧弯丁坝建设导致平均归槽长度（OPL）增大,潮沟网络的排水效率减少。互花米草的快速扩张使排水效率增大,OPL不断降低;潮沟发育程度Ⅲ区>Ⅱ区>Ⅰ区。③ 潮沟系统由快速变化青年期整体进入缓慢变化中年期,发育状态趋于动态平衡。研究成果有助于了解大范围潮沟的发育过程及演变机制,为沿岸潮滩开发与利用提供科学的决策支撑。

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（χ_lf）、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。