冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征，洞悉生物地球化学循环过程，探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融，侵蚀风化作用日益增强，融水化学特征发生了明显变化，对下游水质水环境和生态系统可能产生显著影响。回顾了全球冰川融水中无机化学成分含量及其时空变化特征、溶质来源及其比例、化学风化与碳循环关系，发现融水化学受基岩性质、排水系统、物理化学和地形地貌等多种因素影响。未来需要加强融水无机和有机化学参数与水文气象要素的同步连续监测，评估冰川源溶质的环境生态效应，探究冰川区化学风化作用耦合机制与溶质输移和大气CO₂收支的关系，为未来冰冻圈与碳循环和气候演化关系研究提供参考。

河流宽度是河流动态过程研究和水文、水动力模型的关键参数之一。传统水文测站无法观测河宽的空间分布，而卫星遥感影像可以实现河宽的大范围观测。本文选取黄河上游唐乃亥水文站以上流域作为研究区，基于Sentinel-2遥感影像，采用Google Earth Engine大数据云计算平台和RivWidth方法提取河宽，并开发了一种新的河流连通性的构建方法，提高了RivWidth的运算效率，最终生成了2019—2021年黄河源区10 m空间分辨率的逐月河流宽度数据（Monthly River Width Data, MRWD）。结果表明，本文开发的河流连通性的构建方法使得RivWidth的运算效率提高了24.7%。逐月河流宽度数据包括6.1×10⁶个河流宽度估算值，覆盖了黄河源区2035 km的河流。与水文站点实测河宽和全球河流宽度数据河宽（Global River Widths from Landsast, GRWL）对比验证结果显示，本文新算法反演的逐月河流宽度数据的平均绝对值百分比误差、均方根误差和相对均方根误差分别为7.82%、11.62 m、8.84%。基于逐月河流宽度数据，本文发现黄河源区范围内大约有41%的河道窄于100 m，85%以上的河道宽度小于500 m，仅2%的河道宽度超过1000 m。本文生成的逐月河流宽度数据可为地表水资源管理提供重要参考依据。

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价，提出了游荡指数的计算方法；本文结合Landsat影像，分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明，2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低，游荡指数由0.918减至0.674，且游荡程度降低速率先快后慢。其中铁谢—伊洛河口河段和花园口—夹河滩河段游荡程度显著降低，伊洛河口—花园口河段游荡程度基本不变，夹河滩—高村河段游荡程度有所增加。此外，游荡段游荡特性演变与水沙、河床边界条件变化以及局部河势调整密切相关。从水沙条件来看，小浪底水库运用后黄河下游输沙锐减、洪峰调平，使得河道全线冲刷、流路集中，以致游荡段游荡特性减弱，且丰水年较枯水年更有利于河势归顺；从河床边界条件来看，沿程河岸约束性强的河段游荡特性趋于减弱，且河床纵向稳定性增加是游荡段游荡程度降低及降低速率减慢的因素之一；从局部河势调整的影响来看，朱寨—东坝头河段河势变化是夹河滩—高村河段后期切滩频发的重要原因。

若尔盖盆地黄土—古土壤序列较好地记录了古湖泊消失后的地表过程及演变。本文选取玛曲段黄河二级阶地欧强村剖面为研究对象，对其粒度、磁化率、总有机碳（TOC）、色度、元素等进行分析，利用光释光（OSL）方法测年断代。结果表明：① 黄河二级阶地在10 ka BP前后开始接受连续的风尘堆积，发育的黄土—古土壤序列年代由下至上依次为河流相沉积物（T_2-al， >10.0 ka）→黄土（L₁，10.0—8.5 ka）→古土壤（S₀，8.5—3.0 ka）→现代表土（L₀+MS，3.0—0 ka）。② 欧强村剖面整体上处于以斜长石风化分解为主、钾长石尚未分解的初等化学风化阶段（CIA值在48.20~63.08之间），与黄土层相比，古土壤S₀风化程度有所增强（CIA值60.83），但增强程度有限。③ 10 ka BP前后，若尔盖盆地气候干冷，风沙活动盛行，平缓的阶地面上开始接受持续的风尘堆积（形成黄土L₁）；8.5 ka BP前后，气候温湿，风沙活动明显减弱和风化成壤作用占主导，区域上形成了以黑灰色为特征的古土壤S₀；3.0 ka BP前后，气候转为较冷干，风沙活动强烈，古土壤S₀发育中断和被黄土L₀所覆盖，形成了现代土壤MS。④ 若尔盖盆地黄土—古土壤序列在宏观形态、地层年代和物性参数方面与黄土高原可进行良好对比，但这些参数的绝对值和变化幅度差异显著，暗示高寒区（若尔盖盆地）这些参数的环境意义可能与季风湿润区（黄土高原）有所不同。本文可为若尔盖盆地风积物的年代学研究和环境信息的提取提供基础数据支撑。

长江上游地区承载着国家重要生态服务功能，也是国家核心增长极，但经济快速发展中的资源消耗给该地区生态系统稳定带来了巨大压力。本文基于1998—2021年长江上游地区47个研究单元面板数据，综合采用Dagum基尼系数、核密度估计、马尔科夫链、空间收敛模型等方法多维度剖析长江上游地区环境压力时空格局。研究发现，1998—2021年长江上游地区整体环境压力倒“V”型微升态势，前期增长的环境代价明显，但后期环境风险得到有效控制；环境压力呈“东高西低”与“高缩低扩”格局，偏东的三大城市化地区特别是成渝地区压力突出，但后期长江大保护政策使高环境压力范围大幅收缩；环境压力总体差异呈阶段性小幅波动态势，地区内差异、地区间净差异与超变密度趋于均衡，云南和贵州稳定存在少数高压力城市；环境压力演化由“多极分化”向“低压集中”趋势转变，前期环境压力梯度分异明显，而后期则普遍向低压力水平聚集；环境压力相对态势具有较强的稳定性，但随时间推移逐渐衰减，并存在环境压力变迁的空间渗透效应；环境压力收敛趋势强劲，空间近邻效应对环境压力趋同有加速作用，后期环境政策趋紧使收敛进程疾速缩短。本文可为筑牢长江上游生态安全屏障提供决策支持。

史前城址作为早期城市演化的关键组成部分，与气候、地貌以及水文等区域环境因素密切相关。然而，目前的研究在考虑史前城址相关的区域环境因素方面存在不足。本文基于长江中游地区典型遗址走马岭古城的上津湖钻孔沉积记录和完整的年代框架，结合元素地球化学等气候代用指标分析，重建了中晚全新世走马岭古城遗址的区域沉积环境演变过程，并探讨了其与人类活动的关系。研究发现：① 6.4—5.3 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值总体较高，Be、Saf值呈相反趋势，指示气候较温暖湿润。此时屈家岭下层文化时期的先民在走马岭修建城址。② 5.3—4.7 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值上升至峰值，气候暖湿。稻作农业得到发展，屈家岭文化在走马岭古城达到鼎盛。其中4.7—4.6 ka BP期间，粒度参数异常上升，指示古城发生强降水导致的洪水事件。③ 4.7—4.2 ka BP期间，气候转向凉干，古城的石家河文化逐渐衰落。④ 4.2—2.4 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值降至最低，气候变凉干，古城在3.9 ka BP被废弃。⑤ 2.4—0.3 ka BP期间，CIA和Rb/Sr值回升，Saf和Be值下降，气候回暖。0.8 ka BP左右，上津湖形成。0.3—0.1 ka BP期间，CIA、Rb/Sr值大幅降低，Be和C/N值异常升高，指示在明清小冰期的鼎盛期，走马岭气候寒冷干旱。但是当时围垦等人类活动频繁，初级生产力高。走马岭古城的城内水源主要依赖东南侧的蛇子岭水体，雨季时打开西水门，洪水通过壕沟排入上津湖。旱季时关闭西水门，靠城外蛇子岭水体引水供城内用水。后期气候转向凉干时，水体枯竭导致走马岭古城的壕沟系统失去作用，古城被废弃。

近200年来青藏高原湖泊生态系统对气候变暖的响应研究多集中在深水湖泊，而对大量浅水湖泊生态系统的研究较为匮乏。本文以青藏高原东南部浅水湖真布错为研究对象，通过对沉积物柱芯的²¹⁰Pb、¹³⁷Cs测年和高分辨率硅藻鉴定分析，重建该湖过去200年来硅藻属种组合变化，并结合沉积物总有机碳（TOC）含量、总氮（TN）含量、碳氮比（C/N）等指标，探讨湖泊生态系统对气候变化等因素的响应。结果显示，1820—1950年硅藻组成中水生植物附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量较高，表明真布错水生植物较繁盛，湖水透明度高。1950年以来，硅藻组合发生了突变，附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量快速下降，耐低光照的small Fragilaria成为优势属，表明水生植物衰退，湖水透明度降低；同时TOC和TN含量升高，C/N减小，指示湖泊生产力和营养水平升高，藻类在湖泊有机质中占比增加。气温快速升高、降水量增加（冲刷流域更多营养物质进入湖泊）和人类活动增强（流域内出现新建寺庙）可能共同导致湖泊生产力升高，藻类繁盛，水生植物衰退，水体透明度下降，最终引起硅藻群落的突变。因此，在青藏高原气候暖湿化背景下，浅水湖泊可能面临生态系统的转变，未来应该加强该类湖泊的监测与保护。本文记录的高原浅水湖泊生态系统突变时间与中国和全球其他地区基本一致，这也为确定人类世的地层标记提供了新的证据。青藏高原湖泊可以作为研究人类世的天然实验室。

厘清河流花粉现代过程是重建流域古环境的基础。尽管学界较早开展了河水花粉研究，但花粉进入河流之后如何传输、受何种动力影响等问题尚不清楚。本文选取黄河中下游干、支流布设采样断面，在丰水期采集河水和沉积物样品开展花粉分析，采用地理探测器等研究方法，探究花粉分布特征及影响因素。结果表明：① 不同流域植被组成不同，花粉类型百分比和浓度存在较大差异，河水干流花粉浓度大于支流，而沉积物花粉百分含量与浓度干流普遍低于支流。② 悬浮物浓度是影响河水花粉含量的主要因素，且在晋陕峡谷之外的样点表现尤为突出；粗沙多、流速快可能是导致晋陕峡谷干流悬浮物浓度高而花粉浓度低的原因。③ 黏粒含量是影响沉积物花粉含量的主要因素，且黏粒分别和粉砂、流速交互作用的影响更为突出；黄河出晋陕峡谷后沉积物花粉含量明显增加。④ 水库前后河水和沉积物花粉浓度变化分别与悬浮物和黏粒一致，相较于水样，水库后沉积物花粉浓度减少更为明显。⑤ 河流花粉与表土花粉有良好的对应关系，能较好的反映流域整体植被面貌。研究结果可为利用冲积物或者有河流注入的湖泊花粉开展古环境重建提供支撑。

横断山区是中国山洪灾害发育最集中、灾情最严重的区域之一，也是西南重大工程、美丽乡村建设的重点部署区。然而，现有研究对横断山区的山洪灾害发育特征与形成模式尚缺乏系统梳理和总结，制约了西南山区防洪理论和技术体系的发展完善。本文聚焦横断山区山洪灾害形成、运动、成灾的物理过程，提炼了横断山区山洪的主导孕灾条件（多重湿润季风环流条件、高位能地形地貌条件与高异质性下垫面条件）和灾害发育特征（时空分异、能量集中、链生性与群发性），从灾害全过程的视角提出了横断山区山洪灾害的三大形成模式：高水力坡降主导的生—水—土耦合的山地产汇流模式、山洪运动过程的强水沙耦合运动模式、承灾体较高暴露度导致灾害损失严重的成灾模式。最后，基于现有研究存在的问题提出了横断山区山洪灾害研究面临的四大未来科学挑战，以期推动横断山区乃至全国的山洪理论体系建设、区域山洪灾害风险精准评估与精细化预警预报等防灾减灾基础研究工作。

特大暴雨是极端天气，其引发的洪涝灾害给社会经济带来严重损失。铁路是国民经济的大动脉，铁路枢纽既是线路连接的中枢，也是客货流集散的中心。发生在枢纽地区的特大暴雨，在网络关联效应等规律的支配下，将灾害影响通过线路向外传导并放大，从而波及整个铁路网。本文基于列车停运数据，系统分析了郑州“7·20”特大暴雨灾害对中国铁路运网的冲击过程和灾情传播机制。结果表明：① 从冲击初期到冲击中期，中国铁路运网受冲击节点逐渐增多，停运强度从暴雨冲击中心向外围递减，停运线路从局部线路向关联网络扩散，停运网络从受冲击中心中原地区沿“米”型网络向外围蔓延；冲击末期，停运节点数量减少，停运强度降低，停运强度高值节点和停运网络从外围向暴雨冲击中心收缩。② 不同承灾体面对同一冲击时，运网形态和结构作出的响应存在分异，高铁更敏感，其恢复力更强。③ 停运网络层级性显著，择优链接效应明显，灾情首先传导至直接关联节点和关联线路再进行扩散；层级性减弱时择优链接效应也随之减弱，集聚性降低，区域小集团数量减少，一体化程度增强，传输效率提升；层级性增强则相反。④ 由于运网的一体性、关联性、沿线传导性等特征，导致运网受灾害冲击时，不仅仅在灾害中心发生停运现象，还会涉及相关节点、线路及其关联区域。本文可为提升中国铁路运输综合防灾、减灾能力，实现安全、可靠运营提供科学依据。

沙地是半干旱区重要的地理单元，水流是传输沙地地表物质的主要动力之一。提取地表径流网络并定量估算地表水流对地表物质的输入和侵蚀作用，对于理解毛乌素沙地地表过程具有重要意义。本文利用10 m空间分辨率Sentinel-2卫星遥感影像和哥白尼数字高程模型（COPDEM），结合水体指数和河道烧录法自动提取了毛乌素沙地河流网络。利用降水、潜在蒸散发数据，基于Budyko模型，初步建立了半干旱区年均水蚀量估算方法，定量评估了毛乌素沙地地表物质年均水侵蚀量。结果表明，毛乌素沙地各流域河网密度最大的是佳芦河，其次为秃尾河和无定河，苦水河河网密度最小。在水力作用下，1992—2021年流入毛乌素沙地的泥沙量为0.07亿t/a，流出的泥沙量为0.45亿t/a，年均水侵蚀量为0.38亿t。解译遥感影像获得半干旱区河网分布、基于水文气象数据估算地表水蚀量，实现了半干旱区遥感图像解译—气候数据分析—径流量和地表水蚀量模型建立—地表水蚀定量评估的融合，为定量评估观测资料受限的半干旱地区地貌变化提供了新技术。

青藏高原地区的大气污染防治不仅是打赢蓝天保卫战的有力举措，也是维护青藏高原生态安全屏障、实现高原经济高质量发展和可持续发展的必然要求。基于长时间序列和高空间分辨率的PM_2.5数据，采用空间自相关模型分析青藏高原县域尺度PM_2.5浓度的静态空间关联特征，结合传统和空间Kernel密度估计探究PM_2.5浓度的分布动态演进和长期转移趋势，最后运用空间马尔可夫链刻画青藏高原县域尺度PM_2.5浓度的空间转移特征。结果表明：① 青藏高原县域尺度PM_2.5浓度起步较高且空间锁定特征显著，新疆南部、青海省的柴达木盆地、西宁市和海东市内区县始终是PM_2.5高排放地区；② 青藏高原县域尺度PM_2.5浓度呈现显著的空间关联特征，局部空间关联主要以H-H和L-L两种同质性空间关联类型为主；③ 青藏高原县域尺度PM_2.5浓度呈现整体下降的分布动态演进特征，局部差异仍显较大，考虑相邻地区的空间影响时，表现出空间收敛模式和显著的空间正相关性；3期时间滞后条件下，PM_2.5浓度高值区的虹吸效应增强，地区之间的相互作用影响着青藏高原PM_2.5浓度的未来空间分布。④ 青藏高原县域尺度PM_2.5浓度的空间转移趋势稳定，难以实现县域尺度单元上的跳跃式转移。本文可为识别青藏高原县域尺度PM_2.5浓度空间动态演进特征，实施精准化的大气污染防治政策，进而促进高原地区大气污染防控和生态文明建设提供理论参考。