重金属污染物因具有持久性和难降解性,严重影响生态系统健康。青藏高原湖泊远离人类污染区,是研究人类污染物远端效应的理想区域。基于定年数据,湖泊沉积物可以追踪近百年内的人类污染物变化趋势。环境磁学具有经济、快捷和无损耗的特点,被广泛证实可以有效指示重金属污染;但目前还缺乏对青藏高原湖泊沉积物中的相关环境磁学研究。为此,选取青藏高原南部枪勇错1899—2011年的沉积物,进行系统的环境磁学分析,探讨磁性矿物与重金属Hg的相关关系及环境指示意义。结果表明：1899—2011年磁性矿物的类型没有发生变化,可分为4类组分,其中：组分C1（赤铁矿）占比不断增多,C2（针铁矿）占比相应减少,C3和C4（磁铁矿）的占比基本保持不变。样品的饱和等温剩磁和低频磁化率与Hg含量相关性较低。然而C1组分与Hg含量呈现良好的正相关关系。本文认为在近百年全球和青藏高原气温不断增高的趋势下,枪勇错的主要补给——枪勇冰川融化加速,导致原来被冰川或冰尘封存的人类污染产生的Hg重新释放。在这个过程中,C1（赤铁矿）组分因表面积大而易于富集Hg,最终二者一同随融水进入到枪勇错。本研究表明,环境磁学可以应用于青藏高原南部湖泊的重金属研究,并为揭示Hg在青藏高原南部湖泊中的富集过程提供新的视角。

青藏高原为全球气候变化最为敏感的区域之一,探讨该地区土壤水分变化对近地面气温的影响将为青藏高原水汽循环研究及该地区对周边气候与环境的影响研究提供重要理论支撑。利用NCEP-CFSR数据集,基于土壤水分对近地面气温的影响机理,揭示了青藏高原不同季节、不同植被分区下土壤水分时空分异规律、土壤水分与蒸发率的响应与耦合状态及土壤水分通过蒸散发过程对近地面气温的影响。结果表明：① 不同季节下青藏高原土壤水分空间分布基本一致,除西北地区和喜马拉雅山脉外,整体呈现由东南向西北递减趋势,青藏高原地区存在干旱区变湿,湿润区变干的空间特征;② 青藏高原大部分区域土壤水分处于干湿过渡状态,其中青藏高原南部和东南部地区全年处于干湿过渡状态,而柴达木盆地几乎全年处于干旱状态;③ 近地面气温对土壤水分的响应在冬季最弱,在夏季最强且空间差异较小,其中在冬、春、夏季为负反馈,另外不同植被覆盖区近地面气温对土壤水分的敏感性差异很大。此项研究对于进一步探讨青藏高原地区陆气耦合状态及变化环境下的区域水汽循环及其效应具有重要理论意义。

冰川物质平衡变化是连接气候和水资源的重要纽带,对河川径流有重要的调节功能。本文采用MOD11C3和TRMM 3B43等多源遥感数据驱动度日模型,模拟了2000—2016年玛纳斯河（简称玛河）流域冰川物质平衡过程,并分析了冰川融水对径流的补给规律。结果表明： ① 通过构建气温及降水反演模型能有效校正气象遥感原数据的精度,且经降尺度后能较精细刻画冰川区气候变化特征。冰川区年均气温和降水量分别为-7.57 ℃和410.71 mm,海拔4200 m处为气候变化剧烈地带,气温直减率以其为界上下分别为-0.03 ℃/100 m和-0.57 ℃/100 m,降水梯度分别为-2.66 mm/100 m和4.8 mm/100 m,海拔大于4700 m后降水又以5.17 mm/100 m递增。② 研究期内流域冰川持续呈负平衡状态,累积物质平衡达-9811.19 mm w.e.,年均物质平衡介于-464.85~-632.19 mm w.e.之间。垂向物质平衡在消融区和积累区分别以244.83 mm w.e./100 m、18.77 mm w.e./100 m递增。2000—2002年、2008—2010年冰川消融减缓,2002—2008年、2010—2016年消融加剧,其中2005—2009年期间冰川亏损最为强烈。③ 年内河川径流对冰川物质平衡变化响应强烈,尤以7月、8月物质平衡亏损最为严重占全年总量的75.4%,使得同期河川径流量占全年径流总量的55.1%。年际冰川融水补给率波动于19%~31%之间,可能是不同年份降水和积雪融水补给率差异较大所致。玛河与天山北坡其他河流冰川融水贡献率非常接近,也进一步证实了本研究物质平衡估算结果的可靠性。本研究可为其他流域冰川物质平衡研究提供借鉴和参考。

利用美国环境预测中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）等美国科研机构开发的气象模式WRF 3.8版本,采用北京地区不同时期的土地利用数据,选取影响北京的一次典型暴雨过程,应用包含多层城市穹顶模式的模式参数化方案对其进行模拟研究。从小时降水模拟结果来看,景观城市化区域（城市下垫面）的扩张使得暴雨持续更久,使用2010年土地利用数据模拟的2012年7月21日暴雨过程小时降水量大于16 mm的时长较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1 h;从累积降水结果来看,使用2010年土地利用数据模拟的24 h累积降水大于150 mm的区域较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1534 km ²。本文中模拟的逐小时降水与实际情况存在一定的差距,未来的工作会深入研究模式的参数化方案和降水产生的机理进而深入地研究景观城市化进程对暴雨过程的影响。进一步研究需针对城市人为活动产生的大气气溶胶粒子、景观城市化密度变化等因子,探究景观城市化对暴雨的可能影响。

围填海影响下海湾形态变化能够深刻反映人类活动对海湾自然环境的影响程度,分析海湾形态变化对合理高效地利用与保护海湾资源具有重要意义。研究以东海区12个主要海湾（包括陆域与水域）为研究区,基于20世纪90年代以来6个时期的Landsat TM/OLI遥感影像数据,通过海湾岸线与湾面形态分析东海区主要海湾的变化特征,探讨围填海强度与海湾形态变化之间的相关性。主要结论为：① 1990—2015年,东海区主要海湾岸线总长度共波动增长66.65 km,2005—2010年间海湾开发最活跃,阶段内岸线增长量达38 km。岸线长度三沙湾最大（439 km）,泉州湾最小（105 km）;兴化湾增长最多（54.53 km）,罗源湾缩短最多（25.75 km）。自然岸线与人工岸线长度此消彼长,岸线人工化程度不断加强,东海北部海湾岸线总长度大于南部海湾。② 1990—2015年,东海区海湾岸线共向海推进26.93 km,合1.08 km/a,在1995—2000年及2005—2010年间推进最多,分别达7.10 km和 6.00 km,在1990—1995年间推进量最小,为2.97 km。杭州湾（4.93 km）和兴化湾（4.15 km）岸线向海推进距离最长,厦门湾推进（0.55 km）最短;东海南部海湾岸线迁移量平缓,北部海湾则更为剧烈,是东海区岸线迁移变化的主体。③ 1990—2015年间东海区主要海湾水域总面积由初期的13.85 km2减少至12.29 km2,累积减少11.23 %,海湾形状不断向复杂化演变。其中杭州湾海湾水域面积减少量最多,达到0.726 km2,占研究区的46.69 %。空间上,北部海湾水域面积减少量更大,而南部海湾水域面积减小速率更快。④ 1990年以来,东海区主要海湾人工化指数平均值和岸线开发强度指数均有所上涨,21世纪以来的开发利用度显著提高。南部（闽）海湾的开发利用程度较北部（浙沪）更为深入,北部海湾开发强度的年际波动差异更大。海湾开发强度与海湾岸线长度、人工岸线长度、海湾形态指数呈正相关关系,与自然岸线长度、海湾水域面积呈负相关关系。当海湾开发强度增加时,同时段内海湾围填海活动的强度也显著增加。

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。

洞穴高强度旅游活动产生的CO₂对洞穴滴水水文地球化学及洞穴沉积物沉积具有重要影响。本文于2017年9月30日-10月9日对贵州绥阳大风洞洞穴CO₂、温度、相对湿度、游客数量及洞穴滴水水化学指标等进行连续监测,运用系统分析方法对各要素进行综合分析。结果发现：① 受游客数量和洞穴通风效应等因素影响,洞穴空气CO₂分压（PCO_2（A））在时间序列上呈现明显的昼夜变化和日际变化,表现为白昼高、夜间低,游客多的天数高,游客少的天数低。在空间变化上,由于通风程度和洞腔体积不同,不同监测点PCO_2（A）存在明显差异,由洞内深处至洞口分别为3#（神泉玉露）>1#（时光隧道）>2#（夜明珠）;② 通过比较PCO_2（A）和滴水水温,前者对CO₂溶解度影响比后者更为显著,表明PCO_2（A）是洞穴沉积过程中最重要的驱动因素之一;③ 洞穴滴水水温、滴水PCO₂分压（PCO_2（W））与PCO_2（A）变化趋势大体一致,也呈现出明显的昼夜变化和日际变化。pH、SIc和HCO₃^-变化趋势大体上与PCO_2（A）相反,EC和Ca²⁺则无明显的昼夜变化,但存在一定的日际变化。随着旅游活动强度的增加,滴水水化学变化幅度逐渐增大。此外,不同滴水点所在洞腔结构、大小、封闭程度等不同,使PCO_2（A）的扩散和通风程度存在差异,进而影响洞穴滴水水化学组分和洞穴沉积物沉积状况。因此,本研究对于洞穴环境保护和管理及其岩溶洞穴碳循环的研究具有重要意义。

河流水力侵蚀物理模型表明基岩河道纵剖面在均衡状态时表现为平滑上凹的形态,其特征反映了构造、基岩抗侵蚀能力和气候的作用;然而自然界河道纵剖面多呈现以裂点为特征的不均衡形态,不均衡的剖面形态以及裂点的研究同样可以对外力作用的变化起到很好的指示作用。位于北祁连的走廊南山高海拔河道纵剖面普遍呈现不均衡形式且发育海拔较高的裂点。通过对裂点成因分析发现,这些裂点并不主要受控于岩性、气候、构造等因素,而反映了冰川作用遗留地形与河流地形的分界。这一结果说明在对河道纵剖面高海拔裂点进行分析时要考虑到古冰川遗留地形也会对现代河道纵剖面产生重要影响,为进一步认识和理解造山带地貌演化以及控制因素提供了思路。

目前对三峡水库蓄水后荆江河段的洲滩演变还缺乏完整认识。基于三峡水库蓄水前后枯水期遥感影像,分析了荆江洲滩的冲淤变化与分布及形态演变。结果表明,蓄水后荆江洲滩总面积持续冲刷减小,累计冲刷4.56 km²,大部分发生在蓄水后前6年（冲刷速率0.55 km²/a）。上、下荆江洲滩的冲淤演变存在差异性。上荆江洲滩总面积一直处于冲刷萎缩中,且其强度明显大于下荆江,累计冲刷6.46 km²;下荆江前期（2002-2009年）冲刷、后期（2009-2015年）淤增,累计淤1.90 km²。在冲淤分布上,上荆江凸岸滩持续冲刷萎缩,凹岸滩前期冲刷、后期略有淤增,心滩（洲）前期淤积增长而后期冲刷萎缩;下荆江主要是凸岸滩冲刷,凹岸滩和心滩（洲）有所发展。根据滩体位置活动和冲淤动态性,荆江心滩（洲）演变被划分为8种典型类型。在形态演变上,上荆江以凸岸突出滩体和边滩发育的凹岸滩冲刷显著,形态变化不大。下荆江凸岸滩上游弯侧冲蚀后退、湾顶退缩、下游弯侧淤积伸长,形态趋向低弯扁平化,在高弯曲特定河湾平面形态格局下凸岸冲刷—淤积过程延伸到相邻河湾凹岸,成为下荆江凹岸滩和心滩淤积发展的重要因素,但淤积一般不越过凹岸湾顶。

100多年来,关于金沙江独特水系格局的形成历史一直是地学界争论的重要话题之一。多数学者认为,现代金沙江水系是古长江袭夺古红河上游发展过来的。红河海底扇5.5 Ma泥沙供给中断被认为与这一袭夺事件有关。然而,长期以来人们一直没有找到与这一时代相匹配的地貌证据。最近在金沙江金江街段找到了多达8级的河流阶地序列,ESR测年结果显示这些阶地的形成年代为1.07 Ma、0.70 Ma、0.65 Ma、0.51 Ma、0.47 Ma、0.44 Ma、0.30 Ma和0.18 Ma,结合GPS高程测量数据,推算最近1.0 Ma以来的河谷平均下切速率为147 mm/ka。以填充河谷地形为主要手段的古地形恢复结果（基于DEM数据）显示,古长江袭夺古红河上游形成现代金沙江水系发生在这一区域内海拔2000 m左右的古地形面解体之后,依照河谷平均下切速率外推,古地形面解体时代为5.5 Ma,即现代金沙江水系形成于5.5 Ma之后。我们的研究结果与红河海底扇的资料形成一个相互呼应的证据链,为重建现代金沙江水系格局形成历史提供重要依据。

在气候变化和城市化背景下,日益频发的洪涝灾害业已成为当前中国城市面临的重大挑战,也是城市灾害管理和应急响应研究的热点问题之一。本文旨在构建一套适用于城市尺度的洪涝灾害应急响应能力评估范式,以上海市外环以内中心城区为研究区,采用洪涝数值模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来正常条件和不同重现期洪涝情景下,城市关键公共服务部门（120急救）应急响应的空间可达性。结果显示：洪涝淹没强度（范围和水深）、道路交通状况（车流速度）以及应急服务机构的数量和位置共同决定了城市洪涝灾害医疗急救的服务范围及响应时间;由于上海市中心城区洪涝影响范围主要分布在黄浦江两岸2~3 km以内区域,因此洪涝对整个中心城区应急医疗服务的影响有限,主要是位于滨江地区部分医院的应急响应范围较正常状态下明显减少,120急救车辆无法或延迟达到部分救援点。研究表明基于洪涝情景模拟的城市公共服务应急响应空间可达性定量化评估方法,具有重要的科学价值和实践意义,可为中国城市洪涝灾害应急管理提供决策依据。

青海玉树地区长江源区通天河段构造运动活跃,地震频发,如2010年曾发生7.1级地震;该地区分布有黄河、雅砻江、澜沧江等水系上游河网,水系呈直角状、倒勾状分布,是研究水系演化与新构造活动关系的理想区域。通过地形分析、河流水系分析和地貌指数计算,探讨了该地区水系格局演化对走滑断层相关构造活动样式的响应过程。该地区主要发育北西—南东和南西—北东两组流向的水系,其中北西—南东向河谷多为低河流比降、宽阔的不适称谷地,而南西—北东向河谷多为高河流比降、陡峭的峡谷。河流陡峭度指数（k_s）在通天河东南段为高值,在通天河流域西南段多采曲—宁恰曲流域、登艾龙曲流域、叶曲流域、巴塘河流域为低值;河流坡降指数（SL）在流域内整体差异不大,但在水系倒勾状或直角交汇区域的值高;流域高程积分值（HI）在通天河两侧大于0.45,在多采曲—宁恰曲流域、登艾龙曲流域、叶曲流域、巴塘河流域为0.15~0.45。地形、水系和地貌指数的分布特征表明该地区水系可能原为南东流向的平行水系,后期由于走滑断裂剪切作用导致河流改向、袭夺而演化为倒勾状水系。其中当江、立新乡、隆宝镇、上拉秀乡北部等地区断陷形成局部积水中心,而通天河南西—北东向细小支流如宁恰曲等由于断层东北向的逆冲抬升而溯源侵蚀加强,袭夺了原南东流向的河流。

黄河第一湾的网状河型因其砾石质的河床质而与砂床质网状河明显不同,但是其具体的冲淤特性、河道与河间地的稳定性等是否与砂质网状河具有相似之处,尚待揭示。以齐哈玛乡主河道长约为12 km的砾石质网状河段为研究对象,利用1990年、2001年、2013年和2016年共4期Landsat遥感影像数据和2011年与2013年两期Google Earth高分辨率图像数据,结合野外采样观测分析其1990-2016年间的平面形态变化与沉积特征。结果表明：砾石质网状河整体具有很高的稳定性,众多分支河道与河间地无明显冲淤现象。网状带面积仅增加2.43%,陆地与水体面积比例接近1∶1;网状带部分小型河间湿地及河间岛屿呈现碎片化现象,导致河间湿地个数逐渐增加,最大增加率为62.16%。河道主流线长期左右迁移交替变化,且变化率相对稳定,受主流线迁移的影响,主河道内部河间岛屿形态变化较大,其河岸变化率为5 m/a。网状河众多支河道非常稳定,平均河宽变化率仅为1 m/a左右。河岸沉积物以细砂或粉砂为主,黏土含量较高,粒度分布曲线呈现多峰,这与砂质网状河流河岸以泥质沉积物为主略有不同,但河岸及河间湿地茂密的植被保护了众多分支河道免受侵蚀、维持了河道的稳定性,这也是砾石质网状河流体系具有高稳定性的重要原因。

基于江苏省1984-2016年61景多源遥感影像数据和部分实测潮位、坡度数据,利用遥感技术结合改进的水边线方法提取了多时相的海岸线和平均大潮低潮线,研究了江苏省绣针河口至连兴河口大陆岸线岸滩的时空演变特征。结果表明：1984-2016年,由于海岸带开发,江苏省的海岸线整体以向海推进为主,自然岸线由458.24 km逐渐减少至166.74 km,人工岸线由163.66 km快速增加至598.74 km,大陆岸线长度由621.90 km增加至765.48 km。发生位置和长度变化的岸段中,淤长岸段长127.62 km,年均向海推进83.03 m;围垦岸段长401.21 km,年均向海推进87.63 m;冲刷岸段长71.17 km,年均离海后退10.81 m;围垦被侵蚀岸段长25.95 km,年均离海后退8.64 m。海岸线的空间变化导致江苏省沿海陆地面积净增加104332 hm²,其中由于围垦增加的陆地面积98520 hm²,围垦是陆地面积增加的主要原因。海岸线的离海后退主要发生在废黄河三角洲岸段,但是到2008-2016年,岸线的侵蚀范围已向南扩大至新洋河口至斗龙港岸段。受围垦活动及岸线侵蚀影响,江苏省潮间带坡度不断变陡,统计断面的平均坡度由1.4‰增加至1.9‰,其中废黄河三角洲岸段的中山河口至扁担河口岸段坡度最陡,基本在3~14‰之间;辐射沙洲陆岸岸段坡度最为平缓,但坡度也在逐渐陡化,由0.9‰增加至1.5‰。潮间带面积由271747 hm²减少至168645 hm²,减幅38%;潮间带平均宽度由5064 m减少至3096 m,减幅39%。

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环驱动下陆地—水生生态系统碳氮循环与人类活动及气候系统的生物学、物理学和化学过程的耦合机制。本文综合阐述了流域生态系统的时间、空间以及时间—空间尺度的生物地球化学循环与水文耦合特征,揭示营养元素循环在时间—空间尺度上的耦合特征,通过大气、陆地、河流、河口和海洋系统形成了一个连续体并由水、气体和气溶胶通量进行物理连接;分析流域营养物质的生物地球化学循环与水文耦合过程随着时空尺度在大气—陆地界面、陆地—河流界面以及河口—海洋界面的耦合变异性;最后通过流域生态化学计量特征及水陆交错带对营养物质输出的调控分析耦合过程的生物学调控机制,以提高对流域景观水平的生态水文、生物地球化学和生态动力学的理解。

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。

冰川是塑造地表形态最积极的外营力之一,对冰川地貌的年代学研究是重建古冰川发展史的关键,也是研究气候变化的重要途径。冰碛物是冰川作用的直接产物,代表过去发生的冰川事件,对冰碛物进行准确测年能够为重建古冰川的进退、理解区域古气候变化提供年代学支撑。本文在新疆阿尔泰山东段采集了8个冰碛物样品以进行光释光测年,利用单片再生剂量法对90~125 μm的石英颗粒进行等效剂量的测定。通过等效剂量值频率分布特征及De（t）坪区图分析得出大部分冰碛物的光释光信号晒退不彻底,所以利用一阶动力学公式对持续激发的光释光信号晒退曲线（CW-OSL）进行多组分拟合拆分,得到快速、中速、慢速3种组分,依据分离出的快速组分确定等效剂量值。研究结果显示,距今32 ka以来阿尔泰山东段区域在MIS3阶段、MIS2阶段、8.2 ka左右、全新世大暖期及新冰期等5个时段有冰川发育,冰川发育与气候变化密切相关。

基于异质性喀斯特地貌结构与喀斯特保护地整体保护利用的关系,将水平蚀低垂直加深的喀斯特地貌发育机制落实于地理信息系统支持的Strahler面积—高程分析,形成整体、海拔段和内部洼地的面积—高程曲线与积分值指标组,以量化石林县域喀斯特地貌演化。结果表明不同地貌发育特征的不同地形面具有不同的Strahler值,其差异和规律性有一定的指示价值。石林县四级海拔梯级地貌处于壮年晚期,为断裂切割与巴江侵蚀基准面差异性控制下的孤丘夷平面分解,属同期异构的回春型地貌区。> 2100 m海拔段为孤丘夷平构造侵蚀溶原中山,洼地不发育。1900~2100 m海拔段为孤丘夷平面转向孤丘溶原洼地、峰丛洼地,暗河不发育。1700~1900 m海拔段为溶丘洼地斜坡,由蚀余状石林—剑状石林—覆盖石林—烘烤石林组成的石林垂直层状结构与溶丘—洼地—暗河—泉群—河谷盆地组成的水平梯级地貌结构,它是水平与垂直地貌过程的融合产物。石林发育区既为水源形成区,也为水土流失区。这是石林保护地整体保护利用的地貌动力依据。