近年来长江下游潮区界上移、涉水工程建设增多，河道崩岸灾害强度增大。前人通过现场观测、物理模型、数值模拟发现崩岸段存在强烈竖轴回流，但未探讨滩槽交互带水动力分区特征及地貌的微观适应机制。本文基于频繁窝崩岸段多普勒声学流速剖面仪（ADCP）、多波束测深系统获得的高分辨率动力、地貌同步观测数据，结合以往高分辨水下地形资料，研究发现：滩槽交互带流速、流向具有显著分区特性，根据纵向流速u及其与横向流速v的比值|u/v|，即回流强度α，自槽向岸分为主流区（α<1，u>0）、掺混区（ \alpha≥1）和贴岸回流区（α<1，u≤0）；主流区发育大中型沙波、冲刷槽、冲刷坑，掺混区发育堆积体、小型沙波，回流区发育有窝脊、小型沙波；主流区主流顶冲、回流区回流侧蚀是冲刷地貌发育、崩岸拓展的主要动力，掺混区近主流区一侧的高流速梯度产生冲刷地貌、其余部分低流速使泥沙落淤形成堆积体。本文可为崩岸灾害整治和近岸工程设计监测提供重要参考。

为进一步理解末次冰消期以来东亚夏季风（EASM）变化的时空特征，特别是中原地区全新世EASM的时空格局及其驱动机制，在AMS ¹⁴C年代的支持下，本文基于荥阳盆地湖相—湿地相剖面的正构烷烃和沉积学指标（粒度和总有机碳），重建了荥阳盆地~17.8 cal ka BP以来的气候与环境变化历史。重建结果表明，~17.8—~11.7 cal ka BP是草原环境下的黄土状堆积阶段。~11.7—~8.5 cal ka BP为湿地沉积时段，是森林和湿地扩展的时期。~8.5—~2.8 cal ka BP为湖泊存在时段，木本植物和水生植物丰度达到最高后波动降低。~2.8—~2.4 cal ka BP为湿地存在阶段，菌藻类和/或微生物、沉水浮游植物的烷烃贡献量很大。~2.4—~1.1 cal ka BP为草原环境下的黄土沉积时段。本文进一步基于荥阳盆地长链正构烷烃的平均碳链长（ACL_27-33，简称ACL）和C₂₇₊₂₉/C₃₁₊₃₃比值，结合渑池盆地木本花粉百分含量和禾本科/（蒿属+藜科）比值，重建了中原地区全新世以来湿度变化，并与长江中下游地区和中国北方地区（指黄河以北地区）的全新世湿度序列进行了对比。对比结果显示，全新世中期的干旱时段（~7.0—~4.0 cal ka BP或 ~8.0—~5.0 cal ka BP）与长江中下游地区全新世中期的干旱时段基本对应。这一时段的干旱对应于厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）强度的较低值（即La Nino态）时段和赤道西太平洋SST较高温时段。控制上述EASM影响区的中国中部地区全新世湿度空间格局的主要机制可能是ENSO状态以及由ENSO调控的亚热带西太平洋高压（WPSH）的南北向移动。

多年冻土对全球变化非常敏感，利用植被演替揭示多年冻土区气候与环境变化具有重要意义。本文以大兴安岭漠河盆地多年冻土岩芯孢粉学为证据，通过AMS¹⁴C构建了年代学框架，重建多年冻土区更新世晚期以来植被演替与气候历史，分析了植被演替对多年冻土区环境变化的响应。结果显示孢粉组合较好地反映漠河盆地和外围山地植被组成格局，依据区域关键植被对气候指示关系，漠河盆地30 ka BP以来植被演替指示气候发生了5次显著变化过程：30.0—27.1 ka BP形成草甸湿地景观，指示气候寒冷湿润；27.1—20.5 ka BP形成针叶林草原景观，指示气候相对寒冷干旱；20.5—11.3 ka BP由针叶林湿地向针阔混交林湿地景观转变，指示气温开始转暖，但气候仍寒冷湿润；11.3—1.9 ka BP形成针阔混交林湿地景观，指示气候温暖湿润；1.9 ka BP至今形成针叶林湿地景观，指示气候冷凉湿润。通过对比分析发现，影响植被演替的因素不仅包括纬度和海陆位置上的气候差异，还有多年冻土本身引起的区域环境效应，植被演替对冰期、间冰期多年冻土变化具有不同响应机制。在末次冰盛期，由于多年冻土冻结和扩张，导致多年冻土环境更能适应耐寒耐旱、根系较浅的蒿属、藜属等陆生草本繁殖，干旱草原扩张；在全新世大暖期，多年冻土的融化和退缩不仅为植被提供了良好的生境，还有利于湿地的潜育化和面积扩大，促进水生植被、蕨类苔藓和乔木的大量繁殖，形成森林湿地景观。因此，由于多年冻土的存在，放大了气候的水热特性，植被对多年冻土区环境变化的响应更为敏感。

库姆塔格沙漠北部沙丘表面多呈现褐黑色至灰褐色，在一些羽毛状沙丘（沙垄）表面常出现明暗交错的色斑景观，成为该沙漠独特标识。本文对采自该区表层沉积物样品进行了粒度分析、色粒的目视分类与色度标定以及沉积物色度的仪器测试。研究表明：目视色度指数CI与器测亮度L^*和黄度b^*有很强的线性对应关系，可以相互替代表达沉积物的颜色和明暗程度。CI和L^*与颗粒自身颜色和粒度密切相关，黑色、灰色和褐色来源于碎屑原生岩性和风化物附着物与粗粒径相关性高，表现为色度高、亮度小；而黄色和白色主要为浅色岩石矿物与细粒径相关性高，即色度低、亮度大。沙漠中沉积层理显著，上粗下细的平行层理成为影响沙丘表面色度的重要因素。沙丘表面色度明暗变化是沙粒运动过程中表层粗粒岩屑的蠕动堆积和细粒矿物的风蚀搬运与风动力相适配的结果，色度高的极粗砂（-1.0~0 Φ）或极粗砂+粗砂（-1.0~0.5 Φ）在表层0~1cm深度内含量只需5%~10%的相对变化就会使沙丘表面相邻区域产生色度不同的明暗色斑，这种现象与沙漠物质组成、风力分选和沉积物所处地貌部位关系紧密，是多种自然因素综合影响的结果。本文可为揭示库姆塔格沙漠及类似沙漠沙丘表面颜色成因及形成机制提供实验模型和数据参考。

洞穴温、湿度是影响石笋生长的重要因素。本文对北京石花洞洞穴温、湿度进行为期43个月的高分辨率（小时）监测分析，探究其发生规律和原因及其与洞内气流活动的关系。结果表明：① 洞穴温、湿度呈现冬春低、夏秋高的季节性变化，洞内温度变化滞后于地表1~3个月，对升温响应慢而对降温响应快，且不同监测点对洞外温度的响应不同。冷季（12月—次年4月），绣花台（XHT）和小蘑菇（XMG）温湿度均呈现下降趋势，二者呈显著正相关；盘龙（PL）点温度变化小且湿度基本处于饱和，二者没有相关性。② 洞内温、湿度日变化季节差异明显，在冷季，PL与XMG点与地表温度日变化相反，白天低夜晚高，而XHT点与地表温度日变化趋势一致；XHT与XMG点与地表湿度日变化一致；暖季（5—11月），洞内与地表温度日变化趋势一致。洞内温、湿度空间变化规律反映了石花洞特殊“楼层式”结构通风的季节性差异以及旅游活动的影响，冬季较强的“烟囱效应”引起的气流活动是洞穴温湿度变化的主要驱动，而在旅游高峰期和游客容易聚集区域，旅游活动的影响显著。本文可以丰富不同洞穴类型下洞内外气流活动的认识，为洞穴石笋的沉积及其古气候反演机理提供重要依据，亦可为旅游洞穴景观保护提供指导。

1999年小浪底水库投入运用以来，黄河下游河道发生持续冲刷，其时空变化过程复杂。基于滞后响应模型单步模式推导得到了黄河下游累计冲淤量的计算公式，2000—2020年计算值与实测值之间的决定系数R²达0.99。当前，黄河下游处于持续冲刷之中，冲刷速度逐渐变慢，当前时段的平衡值与计算值的差异减小，河床冲刷正在逐渐趋向于平衡。基于悬移质泥沙不平衡输沙方程得到了黄河下游主槽单位河长累计冲刷量空间分布的计算公式，2003—2015年计算值与实测值之间的决定系数R²在0.98~0.99之间，相对误差多年平均值为6.2%。结果表明，在当前黄河下游来沙减少，河道发生持续冲刷的背景下，就多年平均情况而言，累计淤积量调整完成一半所需的时间约为3.0 a，完成95%所需的时间约为13.0 a；且随着冲刷的持续发展，黄河下游累计冲刷量的空间分布在逐渐趋于均匀。本文的结果可为分析黄河下游复杂时空变化过程提供参考。

蒸散发（ET）是水循环的关键变量之一，其长期变化直接影响区域水资源的时空分布格局。近几十年来，中国气候和下垫面特征发生了显著变化，但这些变化如何影响ET的时空分布仍缺乏清晰的认识。本文基于Penman-Monteith-Leuning模型和驱动要素去趋势实验定量揭示了降水、净辐射、水汽压差、风速和叶面积指数对中国陆地ET变化的贡献。研究结果表明，1982—2019年中国陆地ET呈显著增加（p < 0.05）趋势，趋势值为1.25 mm a^-1。水汽压差、降水和叶面积指数主导了中国陆地ET变化，三者对ET趋势的贡献度分别为44%（0.54 mm a^-1）、29%（0.36 mm a^-1）和25%（0.31 mm a^-1）。ET变化的主导因素具有明显的区域分异规律，西北地区（干旱和半干旱区）ET变化受降水主导，长江大部以及东北北部（湿润区）受水汽压差主导，而黄土高原、华北平原和东北部分地区受叶面积指数主导。本文研究结果可为气候变化背景下中国水资源的差异化管理和规划提供参考。

水资源作为西北内陆区重要的战略性资源，关系着区域经济社会可持续发展。内陆河作为区域重要的水资源组成部分对全球气候变化响应显著。本文选取祁连山、天山、昆仑山地区典型的内陆河流域，基于长期径流监测，以及降水、融水、河水、地下水等多水体水化学、同位素分析数据，分析了区域径流组成特征及其与主要环境要素的相互关系，评估了其水资源风险。结果表明：① 除石羊河外，20世纪70年代以来研究区大部分河流的年径流量呈现上升趋势；② 研究区各水体大部分为碱性，各水体主导阴阳离子为HCO₃^－和Ca²⁺和Na⁺，水化学类型多为HCO₃^－-Ca²⁺型，且受岩石风化控制影响大；河水TDS呈现相似的季节变化趋势（夏秋低冬春高），而各离子的季节差异显著；③ 除呼图壁河外，区域河水的δ¹⁸O呈现出夏秋低冬春高的季节变化特征；④ 研究区地下水、降水和冰川/雪融水对区域径流的年平均贡献分别为42.6%、34.4%和23.0%，区域径流组成存在空间异质性；⑤ 气温变化会增加阿克苏河、和田河和石羊河发生径流变化的风险，而降水波动可能对提孜那甫河流域和疏勒河流域的径流过程构成潜在的风险，和田河存在潜在水质风险。本文研究结果对于区域水资源可持续利用具有重要意义。

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息，被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解，限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜DNA保存的青海湖西北部布哈河流域表土为载体，通过提取表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化特征，结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素，耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明：① 布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91 μg/g，干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高，而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低；② 该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关，而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关；③ 高植被覆盖和频繁的放牧活动有助于DNA在土壤中的富集，而暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据，也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。

气候变暖背景下湖泊表层水热交换及其气候归因对高寒湖泊蒸发机制和水分平衡有重要影响。本文基于2016—2017年西藏高寒湖泊羊卓雍错非封冻期涡动相关湍流观测通量数据，首次探讨了该湖水热通量小时、日、月变化特征及其与气象因子的关联。研究发现，4—12月羊卓雍错湖面潜热通量平均值显著高于感热通量；水热通量季节差异明显，夏季较高的空气温湿度组合对湖面的湖—气能量交换控制作用显著。在小时、日、月等时间尺度上，与感热通量统计相关性最高的气象因子为湖—气温差；在半小时、日平均等时间尺度上，潜热通量与风速、风速—水汽压差协同量均为较强正相关；日、月平均时间尺度上的湖面水热通量则与水面净辐射通量呈显著负相关，这归因于水面净辐射季节变化以及因湖—气温差和水—气热容量差异所导致的湖面水热通量强度变化的位相差异。本文揭示了藏南高寒湖泊水热通量变化在不同时间尺度上的主控气象因子差异，增进了对高寒湖泊在气候变化背景下能量交换和蒸发机制的认识。

风是除流水之外塑造地球景观的第二大流体,以其为外营力形成的风沙地貌在全球干旱区广泛分布,超过40%的全球陆地面积受风沙地貌过程的影响,与人类生存环境存在着密切的关系,19世纪末以来受到国际学术界的持续关注。中国干旱半干旱地区广泛发育风沙地貌,但风沙地貌研究比国际研究晚半个多世纪,始于20世纪50年代后期。本文总结了新中国成立70年来中国风沙地貌学发展的3个阶段：初创阶段（1949—1977年）、充实发展阶段（1978—1999年）和国际化研究阶段（2000年至今）。现在中国风沙地貌研究的水平整体与国际并行,部分领先。中国具有重要国际影响力的风沙地貌研究工作包括沙丘移动规律、风沙地貌区域综合研究、中国独特风沙地貌发育演变过程、戈壁地貌学研究、沙丘二次流以及地外星球的探索研究。中国风沙地貌学研究有在未来领跑国际研究的潜势,但风沙地貌学家必需有4个方面的战略思考,即综合集成、地球系统科学引领、全球视野和深空时代的发展。

本文基于长江中游江汉—洞庭盆地18个钻孔岩性、沉积特征及年代数据,结合研究区考古遗址点时空分布特征,恢复研究区全新世以来水文环境演变过程,并探讨了区域水文环境演变的成因机制及其与人类活动的关系。结果表明,受东海海面上升和泥沙淤积等因素影响,距今11.5—5.5 ka,长江中游地区河湖水位呈上升趋势,随着新石器文化的发展及稻作农业活动的增加,人类文化聚落自山前平原地带逐渐向盆地平原中部扩展;距今5.5—4.0 ka,长江中游河湖水位有所下降,新石器晚期的屈家岭—石家河文化迅速发展,聚落数量增多,平原腹地聚落比例增加;距今4.0 ka前后,河湖水位再次有所上升,洪泛过程加剧,可能是石家河文化快速衰落的主要原因。

鄱阳湖是中国第一大淡水湖,对鄱阳湖的水文变化进行持续监测可以为流域内生态环境变化提供基础数据,有利于研究其与长江和流域内河流的交互关系,更好地服务于陆面过程模式和水资源管理。本文利用卫星测高数据反演的鄱阳湖水位数据与MODIS数据结合,对鄱阳湖2000—2015年的水位、水域面积和水量变化进行研究,并通过水量平衡模型,推导出了同期长江—鄱阳湖的水量交互。研究发现,2000—2015年鄱阳湖面积呈现波动性变化,最大水域面积为3600 km ²,是最小水域面积482 km ²的7.5倍。2004年、2007年、2009年和2011年水域面积比较低,2012年后形势好转。每年1月、2月、12月份是鄱阳湖干季,水域面积低至500 km ²,湖口处水位可低至4.71 m,湖面从南往北倾斜,南北水位差异达2.59 m。相对于2000—2015年最低水量,干季时湖泊水量平均增加量为3 km ³。每年6—9月份是鄱阳湖的湿季,水域面积一般大于2670 km ²,水位高于15 m,南北水位差异不大,相对于2000—2015年最低水量,湿季时湖泊水量平均增加量为12 km ³。2000—2015年鄱阳湖流入长江的水量范围为-7~40.66 km ³,每年有93.33%的时间水流从鄱阳湖流入长江。流入长江的水量多少具有明显的季节性,通常5月、6月流入长江的水量高于7月、8月,主要因为7月、8月长江中上游降水增加,长江干流来水增多,对鄱阳湖湖水倒灌有一定的顶托作用。

黄河泥沙是黄河下游陆地地貌类型形成的物质来源,泥沙沉积改变了地表土壤结构和有机碳含量水平。基于室内外实验和空间地统计分析方法,文中对开封—周口土壤有机碳组分的空间特征和影响因素进行了分析。在0~100 cm土壤中TOC、AOC、NOC的含量分别为0.05~30.03 g/kg、0.01~8.86 g/kg和0.02~23.36 g/kg,表层0~20 cm的TOC、AOC、NOC高于下层,同一土层中TOC的变化幅度和含量差异性最大,AOC最小,NOC介于二者之间。NOC的含量对TOC的贡献大于AOC。空间地统计学研究显示,TOC、AOC、NOC的块金系数在0.50~0.67之间,具有中等程度的空间相关性,TOC、AOC、NOC的含量受结构因素和随机因素的共同作用,且二者的作用强度接近。空间上,自表层向下层,土壤TOC、AOC和NOC的整体变化趋势较为一致,高值区与低值区之间过渡明显,NOC和AOC的含量及空间变化能较好地反映TOC的空间变化和碳积累区域。分析发现,黄河泥沙冲/沉积区分布、农业耕作过程和耕作历史是影响区内土壤有机碳及其组成含量和空间分布的主要因素,而有机物的输入量、土壤颗粒物组成及二者的动态关系是影响土壤结构体形成和有机碳含量的关键因素,提高有机物的含量和改善土壤结构是提升土壤质量、实现区内农业持续发展的有效途径。

以黄土丘陵区的3个典型小流域为重点对象,基于不同时期实测的1300多对雨强和含沙量数据,分析了不同空间尺度情况下的雨强—沙峰含沙量关系。结果表明：在峁坡尺度上,含沙量总体上随雨强的增大而增大;但在既有峁坡、也有沟坡的各级流域尺度上,无论流域层级高低或面积大小,雨强对含沙量的影响均存在明显的阈值现象,当雨强超过该阈值后,洪水含沙量不再随雨强增大而增大。雨强阈值随林草覆盖程度增大而增大,如研究区在1956-1969年下垫面情况下的雨强阈值为10~15 mm/h、1990-1997年为20 mm/h,目前估计达40 mm/h。由于流域尺度上雨强大于10~15 mm/h的降雨几乎每年都有发生、20世纪50-80年代的林草植被变化不大,加上黄土丘陵区产沙主要靠坡面水流对地表土壤的冲刷,而贴地表水流的流速不会随流量的增大而无限增加等原因,形成了20世纪90年代以前黄土区支流的年最大含沙量基本稳定的现象。

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。

2000年以来,黄河输沙量锐减。科学认识黄河输沙量变化原因,具有重要意义。以河龙区间为研究对象,分析了河龙区间输沙量变化趋势,构建了梯田、淤地坝以及植被等大规模生态建设措施的减沙贡献率计算方法,阐述了2000-2017年河龙区间输沙量锐减原因,针对河龙区间输沙量变化趋势和治理格局,提出了河龙区间治理对策。主要结论为：① 1952-2017年,河龙区间年降水量无显著变化趋势,研究区年输沙量呈现极显著减少趋势（p < 0.001）;② 1979年和1999年为研究区输沙量发生突变的两个时间节点（p < 0.05）,1952-1979年区间年均输沙量为9.30亿t,1980-1999年区间年均输沙量为4.20亿t,2000-2017年均输沙量大幅降至1.03亿t,降幅达89%;③ 受植被和梯田共同影响,2000-2015年研究区坡面土壤侵蚀量变化介于1.90亿~5.13亿t之间,且呈下降趋势;2000-2011年河龙区间淤地坝年均拦沙量为1.38亿t;④ 植被恢复是河龙区间输沙量减少的主要原因,贡献率为54%,梯田和淤地坝合计贡献了34%,水库拦沙和引水取沙贡献了12%;⑤ 植被恢复主要导致径流含沙量降低,而淤地坝建设主要降低了流域泥沙输移比。