为了有效指导地质学科科研人员和科研单位对次年基金项目的申报，以2021年度国家自然科学基金委员会地球科学部地质学科所管理的各类基金项目为研究对象，对项目的申请、评审和资助情况，以及4类科学问题属性项目的申报情况进行了分析，结果显示：①与2020年相比，2021年度的项目申请中，除优秀青年科学基金项目申请数下降之外，其他项目申请数都有所增加；②2021年度面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的评审数比2020年略有增加。此外，对2021年提交的进展报告进行了审核，并对2020年底结题的报告及其在各领域取得的进展进行了总结。

随着全球变暖，全球的降水形式、分布格局都在发生着变化，其中干旱区的降水变化尤为引人瞩目。西北地区干旱少雨，在全球变暖背景下，降水量和大气中的含水量均呈现出增加趋势。通过研究认为这种“暖湿”是一种干旱区湿润程度的改善，并不会改变其干旱少雨的基本气候特征。西北地区降水的形式和性质都和我国东部地区有着根本的差别，降水增加主要是极端和短时对流降水的增加。另外，降水增加主要发生在西北干旱区的内陆河流域，该流域内的干旱地区的农业生态问题并非富水就能解决；西北地区的河西走廊等干旱和极端干旱地区水资源的主要来源是山区降水和冰雪资源；科学理性地认识西北地区降水增加，是正确处理西北地区水资源合理调配和使用、科学开展生态文明建设的前提。

全球卫星遥感生产了系列陆表参数产品，在地球系统科学研究和服务国家决策支持等方面发挥了巨大效用。为了更好地发挥这些产品的功能，人们亟需了解相关产品的质量和精度信息，这就需要利用地面参考数据对这些产品进行真实性检验。陆表基准参考测量提供独立、标准、常态化的监测数据，是陆表遥感产品验证必不可少的基础条件，对深刻理解陆表地球系统的历史、现状和未来变化具有深远意义。首先总结了国内外在基准参考网络建设方面的经验，分析了我国现有遥感真实性检验网络的建设工作。在此基础上，提出了建设我国陆表遥感产品真实性检验基准参考站网的思路，探讨了建设我国基准观测网络的设计方案、站点遴选、仪器选择、组织和管理方式。同时，综合陆表基准站网与大气、海洋、测高、地球重力测量等基准站网，提出了构建中国陆表遥感验证超级站和国家级遥感产品真实性检验网络系统的框架。国家级验证网络体系的建设将有助于实现全国定量遥感产品的真实性检验，助力地球系统科学综合研究，提升遥感产品服务国家决策支持的水平。

模态水在全球气候变化中有着重要作用。但是由于缺乏海洋次表层的高分辨率观测，对空间尺度为百公里的海洋中尺度涡旋如何影响空间尺度大于千公里的模态水的认识仍然欠缺。为了解决这一科学难题，在科技部的支持下，实施了一次成功的海上观测试验。系统梳理了基于该观测数据所发表的有关涡旋影响模态水潜沉和输运的主要研究成果：①捕捉并揭示了中尺度涡导致混合层水潜沉的过程和动力机制；②发现了中尺度涡携带模态水迁移的新路径；③阐明了模态水多核结构的形成机制。研究结果揭示了黑潮延伸体海域中尺度涡旋影响大尺度模态水的物理本质，为该海域多时空尺度海洋—大气相互作用作出了一定的贡献。通过对该次观测试验结果的分析和总结，得到了如下新的科学推论：海洋次中尺度过程对模态水的形成和耗散也具有重要影响。

干旱区约占地球陆地面积的41%，养育了世界上超过38%的人口，是大多数发展中国家和贫困人口的聚集地，也是全球气候变化影响和响应最敏感的地区之一，对其气候、水文和生态环境变化开展研究是十分必要的。近几十年来相关研究不少，但结论比较零散，也有很多不一致的地方。基于对国内外文献的分析，归纳梳理了气候变化下干旱区的气候、水文、面积和类型的变化及其这些变化对生态系统的影响。梳理的主要结果如下：干旱区CO₂排量约为湿润区的30%，但升温速率却比湿润区高20%~40%。在过去的半个多世纪，干旱区面积增加了约2.61×10⁶ km²，预计21世纪末，全球干旱区面积将继续扩大约5.8×10⁶ km²，占陆地总面积的一半以上。在全球变暖背景下，干旱区中以降水和冰雪融水补给为基础的水资源系统将会更为脆弱，冰、雪等水文要素及水资源构成发生改变，水文波动加大，水资源不确定性加剧。伴随干旱区面积扩大和干旱程度增加，干旱区水资源短缺、水体面积萎缩、生态系统退化、荒漠化程度也随之加剧，未来干旱区社会经济发展和生态安全保障将面临更严峻的挑战。这些归纳梳理所凝练出的一些综合性结论，对政府决策以及未来提出可信明确的科学认识具有一定的参考意义。

为了促进环境地球科学学科的均衡发展，对2021年度该学科申请的相关国家自然科学基金项目进行了系统总结。首先，简要介绍了2021 年度环境地球科学学科面上项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目以及人才类科学基金项目的申请受理、评议和资助情况，从各类项目申请的学科分布、依托单位及申请人员情况等方面进行了详细的分析总结。其次，概述了上会项目推荐原则、资助方案及评审原则，指出了申请和评议过程中暴露的主要问题，并提出相关建议。最后，总结了2020 年底环境地球科学学科项目结题、项目完成情况及主要学科方向取得的研究进展。

多主体建模作为研究“人类与自然耦合系统”等复杂适应性系统的重要工具，已经被广泛地应用于水资源管理领域。在调研国内外重要研究的基础上，回顾了多主体建模的基础理论、建模工具和框架，并对多主体建模在城市水资源管理、农业水资源管理和流域水资源综合管理3个方面的研究和应用进行了阶段性总结。针对当前研究的不足和难点，结合我国水资源管理的研究现状，提出以下4个研究重点：①加强主体行为决策规则刻画；②加强模型验证和评估研究；③开展代表性流域多主体建模研究；④推动学科交叉和综合集成研究。多主体建模能够揭示人类活动—水文循环的互馈机制，为水资源及水环境的可持续利用和管理提供政策建议，加强多主体建模在水资源管理领域的研究可为水资源管理提供新的思路，推动我国水资源的可持续发展。

介绍了2021年度地理科学学科集中受理期的项目申请及受理情况，从面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目送审情况分析了2021年地理科学基金项目评审和资助情况。通过2020年结题项目发表SCI/CSCD/EI收录文章情况，介绍了项目结题情况。分析总结了项目申请和结题中存在的问题。最后概述了2020年底结题项目的部分优秀成果。

为加强地球化学学科发展战略研究，优化本学科前沿布局，对2021年度国家自然科学基金委员会地球科学部地球科学二处（地球化学学科，申请代码：D03）所管理的基金项目，从基金申请、资助情况，初审和同行评议，送审项目以及2020年度结题项目的研究进展等方面进行归纳总结。分析发现：①2021年地球化学学科基金项目的申请量有较大幅度增长；②除个别项目由于存在问题不予受理外，其余项目都通过了初审；③面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目送审率都超过了145%；④通过2年的“负责任、讲信誉、计贡献”试点，地球化学学科评审专家无故拒评和评审意见“张冠李戴”现象有所减少；⑤2020年度结题的项目在同位素地球化学、元素地球化学、地质年代学及宇宙化学和行星化学等方面取得了重要进展。

为了使科研人员更好地了解相关领域基金项目的申请情况，提高基金项目申请书和结题报告的质量，介绍了2021年度地球科学部四处海洋科学与极地科学（申请代码：D06）相关项目的申请、评审及资助情况，分析发现：①2021年度面上项目和青年科学基金项目申请数均为历史最高；②近年来，面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目申报单位数量持续增长；③2019年以来，海洋科学支撑技术和发展领域的研究逐步增长；④原创类和交叉类项目仍非常缺乏。分析了受理与通讯评审过程中存在的问题，总结了2020年度结题项目完成情况，并归纳了2020年度主要学科方向取得的研究进展。

中国科学院西太平洋科学观测网实现了对西太平洋深层西边界流的长期连续和组网观测。基于观测网获取的数据并结合模式数据，逐步摸清了深层西边界流在雅浦—马里亚纳海沟连接区季节性入侵西太平洋的路径、流量和动力机制，揭示了地形罗斯贝波引起的深层季节内振荡特征和能量来源，发现了深海与上层海洋和气候变化联系的“高速公路”，改变了以往“深海是死水、杂乱无章和非常缓慢变化”的传统认知，就该方面的创新进展进行了总结，并讨论了下一步太平洋深层环流的观测和研究设想。

回顾了课题组近年来有关末次冰盛期和中全新世气候模拟分析的研究进展，包括中国气候、东亚和全球季风以及相关的主要大气环流系统等变化。多模式试验数据的分析表明，末次冰盛期中国降温和年均有效降水变化与重建记录定性一致，但模拟幅度偏弱；中国冻土区扩张、永冻土区活动层变薄，中国西部冰川物质平衡线高度降低；东亚季风变化在不同模式间差异较大，中国季风区范围和季风降水减小，北半球陆地季风区南移、全球季风区缩小和降水强度减弱共同引起全球季风降水减少；全球降水和潜在蒸散发共同减小使得全球干湿变化总体很小；北半球西风带在高层北移、低层南移，热带宽度变化依赖于指标的选取，厄尔尼诺—南方涛动气候影响、热带太平洋沃克环流均减弱并东移。在中全新世，多模式模拟的中国年和冬季偏冷仍然与大部分重建记录显示的偏暖不同；东亚冬季风增强，东亚夏季降水变化存在空间不一致性；中国和全球尺度的季风区范围和季风降水均增加；东北多年冻土退化、青藏高原多年冻土向低海拔扩张，北半球永冻土区减小、季节性冻土扩张、冻土区北退、永冻土区活动层变厚；全球干旱区面积总体变化很小；夏季东亚西风急流显著减弱并北移，厄尔尼诺—南方涛动减弱，热带太平洋沃克环流加强并西移。上述变化主要是对末次冰盛期大范围冰盖和较低温室气体浓度或中全新世轨道强迫的响应，海洋反馈起一定调制作用，植被反馈作用具有不确定性；模式与记录不一致的原因仍待深入探究。

由于未来气候变化和城市化相互耦合作用，极端气候事件频发，尤其是沿海超大城市所面临的复合洪水风险持续上升。基于稳健决策方法，评估未来潜在适应措施的表现性能及经济效益，提出适应风险的实施路径，可有效管理极端灾害事件，降低灾害风险，增强城市韧性。首先分析了国际上处理深度不确定性的稳健决策方法理论基础，其次评述了被广泛应用于灾害风险领域的稳健决策、多目标稳健决策、动态适应性规划、适应对策路径、动态适应性对策路径及实物期权分析6种稳健决策方法，并进行系统对比分析。最后，提出未来可综合稳健决策和适应对策路径的优点，也可使用多目标稳健决策解决多目标问题、权衡多目标决策。此外，实物期权分析可量化适应措施的决策投资时机。这些稳健决策方法都为解决深度不确定性、降低灾害风险、制定适应气候变化策略提供了方法和工具。

青藏高原地表蒸散发是决定亚洲水塔水储量变化的关键要素。在快速升温背景下，长时间尺度的青藏高原地表蒸散发如何响应气候变化亟需深入探讨。以青藏高原两种典型高寒生态系统（草原和湿地）为研究对象，以野外观测和互补蒸散发模型为研究手段，利用常规气象资料驱动互补蒸散发模型，应用于青藏高原的典型资料稀缺地区，并就模拟结果进行验证评估，揭示了两种典型高寒生态系统近40年的蒸散发变化特征。结果表明，校正参数后的非线性互补蒸散发模型可较为准确地模拟两种下垫面的蒸散发，亦即该模型在青藏高原资料稀缺区具有较好的应用潜力。1973—2013年，青藏高原典型高寒草原蒸散发呈不显著的增大趋势，而高寒湿地则以2.0 mm/a的速率显著增大。相关分析表明，高寒草原和湿地蒸散发的年际变化主要与水汽压（即空气湿度）有关。阶段性分析发现，1970s至1990s末期，两种生态系统蒸散发皆在波动中逐渐增大；而1997年以后，高寒草原和高寒湿地蒸散发的变化模式表现出明显差异：前者在波动中逐渐减小，后者则持续增大至2000s中期。造成这种差异的原因可归结为高寒湿地受冰川融水的影响，土壤含水量可维持在较高的水平，加之2000s高寒湿地的水汽压和日照时数增大，使得该时段内地表蒸散发仍呈增大之势，亦即上游的冰川融水对下游的湿地蒸散发有重要影响。结果表明，空间距离较近的两种典型高寒生态系统，由于所受水源补给不同，局地蒸散发对气候变化的响应模式可能有较大差异。

介绍了2021年度地球物理学和空间物理学学科的国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目、国家杰出青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目和联合基金等项目的受理、申请和资助情况，对2020年度结题基金项目在主要分支学科取得的重要研究进展进行总结。获得如下认识：①2021年度受理的各类申请项目数较2020年有所增加；②面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的申请数量自2016年来呈现增长态势；③面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的资助率都超过16%；④2020年度结题基金项目在主要分支学科，如大地测量学、固体地球物理学、应用地球物理学和空间物理学等方面均取得了丰硕成果。

近年来因气候变暖和人类活动影响，巴尔喀什湖水位下降，造成了湖泊及周边区域的生态危机，引起了国际关注。基于巴尔喀什湖流域1879—2015年的湖泊水位、河川径流、降水、气温和土地利用等数据，采用趋势分析、突变检验、周期分析和相关性分析等方法，定量解析了流域湖泊水位、气候和土地利用等变化特征，综合探讨了巴尔喀什湖水位的影响因素。结果表明：1879—2015年，巴尔喀什湖水位在340~344 m呈明显丰枯周期性的变化，变化周期为48~52年；1988—2015年，水位呈现显著上升趋势，增速约为6.91 cm/a。巴尔喀什湖流域主要河流的入湖水量均呈减少趋势，东部主要支流甚至出现断流现象，使得伊犁河入湖水量占比约80%，且不断增大；中国伊犁河流入哈萨克斯坦境内的水量呈增加趋势，但由于普恰盖水库截流蓄水，导致伊犁河下游水量急剧减少。巴尔喀什湖流域农业用地从1928年左右开始到现在经历了“增加—减少—增加—平稳”的变化过程，伊犁河中下游哈萨克斯坦的农业用地扩张和水利工程建设造成了伊犁河入湖水量减少，是巴尔喀什湖水位下降的根本原因。研究结果可为中哈跨境流域水资源合理利用、生态环境保护等提供一定参考。

全球变暖加剧了中亚地区的干旱威胁，使得因干旱引发的水资源短缺、生态退化及跨境河流争端等问题更加突出。研究显示：过去半个多世纪，基于帕默尔干旱指数表征的中亚地区干旱程度整体变化趋势不显著，但伴随着区域的高温波动，中亚地区帕默尔干旱指数自2000年以来呈现明显下降趋势，约65%的区域表现为干旱化程度加剧，且在未来共享社会经济路径下中亚地区干旱强度持续增强。设计“去趋势”数字试验定量解析干旱指标对气候变化中各项因子的敏感性，发现气温对中亚干旱化趋势影响较大，降水变化加大了干旱的变率。从不同干旱亚类来看，中亚地区极端干旱区和干旱区面积以0.02×10⁴和0.22×10⁴ km²/a的速率增加，主要集中在新疆塔里木盆地北缘和哈萨克斯坦南部等地区。同时，平原荒漠区的植被蒸腾和土壤水耗散量加大，浅层土壤含水量（0~10 和10~40 cm）分别约有84%和81%的区域表现为下降趋势，导致一些依靠地下水和土壤水维系生存的、抗旱性弱的浅根系荒漠植物衰亡，生态农业干旱加剧，且水文干旱呈更加复杂的态势，研究结论为中亚地区水资源规划管理和生态保护提供科学依据。

海洋热浪对海洋环境、生态系统和经济生活具有非常重要的影响。近年来，全球气候变暖导致海洋热浪加剧，海洋热浪研究迅速发展成为一个重要的研究前沿。全面回顾了国内外海洋热浪研究的科学背景和研究现状，总结了海洋热浪的多种定义、时空分布特征、形成机制、海洋热浪对海洋环境和生态系统的影响，以及在未来全球气候变暖背景下，海洋热浪可能发生的变化趋势。此外，讨论了海洋热浪研究领域一些尚未解决的重要科学问题，并基于此展望了未来可能的研究发展方向。

碳质黑色页岩形成于各个不同地质历史时期的海洋缺氧水体中，通常可视作潜在的成矿物质来源，目前对于碳质黑色页岩的研究主要集中在传统能源矿产领域，其与金矿床相关成矿机制的关联尚缺乏系统性的深入研究。在总结近10年造山型金矿中碳质黑色页岩研究成果的基础上，归纳前人对碳质黑色页岩的来源、形成环境和过程、地球化学特征以及其与造山型金矿化的成矿物质来源、元素迁移—活化—沉淀机制关系的认识：①碳质黑色页岩主要形成于海洋静闭极度缺氧环境；②碳质黑色页岩比普通黑色页岩更富集金、银、钼、钒、镍和铬等稀有金属；③碳质黑色页岩能够通过地层的区域变质运动释放金元素进入深部变质成矿流体；④碳质黑色页岩通常相对其他岩层在构造活动中更易形成容矿构造并作为强力还原剂导致金的沉淀；⑤碳质黑色页岩能够作为显著的找矿标志指导找矿。然而，这些认识不仅与造山型金矿床的传统成因模式存在一定的差异，而且也将引起传统找矿勘查评价准则的改变。目前，我国对于造山型金矿床中碳质物的研究仍较为薄弱，亟待开展该领域的研究，为找矿勘察工作提供科学依据。

近几十年来，人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO₂浓度的显著增长，带来了一系列生态和环境问题，其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面。地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分，直接影响着陆气相互作用和水循环系统。由于大气CO₂浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾，为量化这一影响，基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO₂浓度时空序列驱动数据，分别进行了考虑和不考虑大气CO₂浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验。通过对比2组结果分析了2001—2014年大气CO₂浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响。研究结果显示，在季节上，夏季大气CO₂浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小，冬季最大；在数量级上，2001—2014年大气CO₂浓度引起植被蒸腾变化在0~5%；不同生态系统比较而言，森林、耕地和灌丛生态系统受CO₂浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大，14年间减小量为15~20 mm/a，而草地下降最小，约5 mm/a；在空间上，我国中东部受影响最大；CO₂浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区。

精准的风速预报对风力发电系统具有重要意义，但风速信号自身固有的随机性使其波动复杂且不可控，以往的研究采用单一或固定的组合模型很难把握风速序列的特征。提出一种基于分解的机器学习模型择优风速预测系统，采用变分模态分解算法降低原始风速序列的复杂度。进而利用模糊神经网络、非线性自回归神经网络、Elman神经网络、反向传播神经网络和自回归差分移动平均模型构成机器学习模型择优系统，分别对子序列的验证集进行预测，通过均方根误差等性能指数选择其最优模型，提高了整体模型的预测精度。试验采用宁夏地区4个站点的实测风速数据，仿真实验结果表明，所提模型相比于单模型以及较新的深度学习组合模型，具有更高的预测精度。

在全球气候变暖进程中，青藏高原气候也发生了一系列的改变。在综述前人研究成果的基础上，从气温、地表温度、地面风速和地表感热通量等方面重点阐述了2000年后青藏高原气候的一些新变化及其可能原因。研究表明：青藏高原气温和地表温度在2000—2010年显著增温，而在2010年后出现增温变缓的趋势；地面风速在2000年前后发生了显著的趋势转变，由2000年之前的显著减小趋势逐渐转变为2010年后的显著增大趋势；2000年后风速和地气温差的变化共同导致地表感热通量的增强和趋势转折，其中，2000—2010年地温增温率快于气温的增温率，这对地气温差的加大和地表感热的增强具有重要贡献，2010年以后地面风速的快速增大是高原感热增强的主要因素。青藏高原风速的变化可能主要与大尺度的环流调整有关，而高原地温的变化则可能主要是高原局地下垫面要素相互作用的结果。该研究为理解青藏高原气候变化的最新进展提供了重要参考。

煤系烃源层的构造—热演化过程研究对揭示煤系气的生成机制具有重要意义。为揭示鄂尔多斯盆地东南缘黄陵矿区向斜核部中生代煤系烃源层的构造—热演化过程、生排烃阶段及煤系气成因类型，根据含煤地层岩性、剩余地层现今埋深、储层孔隙度、镜质组最大反射率、甲烷碳氢同位素组成和生物甲烷产率等数据，运用Petromod 1D模拟软件与回剥反演法及EASY% R_O法对研究区煤系烃源岩的受热和生烃演化过程进行重建。研究结果表明：黄陵矿区自晚三叠世以来，煤系主要经历了3~4次“沉降—抬升”过程，其生烃演化过程可分为原生生物成因气、热成因气和次生生物成因气3个阶段。晚三叠世末期至中侏罗世早期，煤系烃源岩镜质组最大反射率演化至0.3%，对应原生生物成因气生成阶段；中侏罗世早期至早白垩世末期，煤系埋深及受热温度逐渐升高至最大值，镜质组最大反射率演化至0.67%~0.74%，热解生烃作用停止，对应热成因气生成阶段；自始新世早期至今，煤系发生抬升且埋深浅于2 077~2 148 m，受热温度低于75 ℃，对应次生生物成因气生成阶段。侏罗系延安组3号和2号煤层中甲烷碳、氢同位素组成数据和微生物降解煤岩生成生物气实验（甲烷累计产率为10.5~16.1 μmol/g）为该区存在次生生物成因气提供了直接证据。

青藏高原全域高时间分辨率潜热通量变化对定量理解高原能量和水分循环过程尤其是其日变化过程至关重要。为此，利用中国最新一代静止气象卫星Fengyun-4A上搭载的多通道扫描成像辐射计数据，结合中国区域高时空分辨率地表气象驱动数据集，基于陆面能量平衡系统模型估算得到青藏高原全域的地表潜热通量，卫星估算值与青藏高原观测研究平台站点实测值的均方根误差和平均偏差分别为76.05和17.33 W/m²。结果表明，青藏高原地表潜热通量呈现显著的季节变化、昼夜分野和区域差异：4月高原潜热整体上略低于感热，而7月高原西部、中部和东部的潜热均高于感热；潜热通量昼夜相差极大，4月的昼间、夜间和昼夜平均值分别为74.22、3.09和38.66 W/m²，而7月的相应值分别为122.75、6.49和64.62 W/m²。青藏高原地表热通量的空间分布具有经向区域差异，其中，净辐射通量与感热通量在高原西部和中部的数值明显高于高原东部，而潜热通量正好相反，在高原东部数值较高。研究结果可为青藏高原地表蒸散与大气热源的定量分析提供参考。

青藏高原海拔高，太阳辐射强，坡向效应显著。其中阴阳坡效应不仅导致多年冻土空间分布格局的差异性，也严重影响了冻土路基工程稳定性。目前虽有大量关于阴阳坡热效应的研究，但定量化和多因素耦合作用的研究，特别是场地内多次重复测量的定量评估研究仍不多见。通过对青藏高原多年冻土区北麓河盆地两个具有相反坡向研究场近4年（2016年9月至2020年5月）近地表温湿度、辐射和风速等野外多重观测资料的分析，研究了高海拔多年冻土区阴阳坡效应对近地表水热及能量平衡的影响。结果表明：在坡向的长期影响下，阴阳坡下垫面性质（辐射、温湿度和土壤质地等）存在较大的差异。其中，阳坡土质相对粗糙，不利于水分的保持，阴坡反之。0.05 m深度阳坡（朝南坡向）的日冻融循环次数明显高于阴坡（朝北坡向）。2016—2019年阳坡和阴坡的日冻融循环总次数分别为368和109次，差异非常明显。阳坡各深度土壤温度均显著大于阴坡，温差约1.4 ℃。浅层地温对地表热量变化的响应速率较快，但随深度的增加阴坡地温的响应速率逐渐滞后于阳坡，且这一现象在融化阶段更为显著。融化阶段，阳坡水分的变化速率较快，随深度的变幅较大，但土壤含水量却明显低于阴坡。地表性质差异如温湿度、反照率和风速等控制着地表能量的交换过程，致使阳坡土壤热通量和短波辐射均大于阴坡。研究对深入理解高海拔、坡地多年冻土区气候—冻土关系及多年冻土模拟边界条件优化具有重要意义。

冠层截留蒸发作为冠层降水再分配和地表蒸散发的重要组分，对以稀疏植被为典型覆盖特征的干旱区生态系统的局地水文循环和水量平衡产生不可忽略的影响，并对该区域生态植被保护、植被与降水关系、生态水文过程等研究具有重要科学意义。较为系统地总结了干旱区稀疏树木冠层截留蒸发的主要观测试验方法和关键模型，具体分析了稀疏树木冠层结构（空间分布、叶片倾角和叶面积指数等）、降雨特征（降雨量、降雨强度和降雨历时）以及大气环境条件（风速、气温和饱和差等）等对冠层截留蒸发的影响机理，并对改进和完善目前稀疏树木冠层截留蒸发的观测试验和估算模型方面提出了建议。

氧循环是地球系统重要的生物化学循环之一，其变化对地球的宜居性有着重要影响。工业革命以来，由于人类活动的影响，现代氧循环相比地质年代的氧循环发生了巨大的变化。陆地氧循环过程在现代氧循环中具有举足轻重的作用。从陆地植被生态系统产氧、陆地燃料燃烧耗氧等方面对已有陆地氧循环过程研究进行了回顾，表明： \mathrm{①} 陆地过程的变化会直接造成大气氧气浓度的波动，对大气氧气浓度有预测作用； \mathrm{②} 陆地氧循环过程反映了生态系统对人类活动与气候变化的响应，对评估生态安全具有指示作用。通过探究陆地氧循环过程对气候变化与人类活动的反馈，有助于预测未来大气氧气浓度的变化，为未来区域发展政策制定提供参考。

基于2016年喜马拉雅北坡（那曲站、珠峰站、慕士塔格站）和南坡（Kirtipur站、Simara站、Tarahara站）6个站点的观测资料，对比分析各个站点的地表热通量交换特征及其蒸散发量的差异，并利用土壤热通量的计算方法［土壤温度预报校正法（TDEC）］计算土壤热通量，在此基础上分析各站地表能量平衡闭合度。有助于深入了解喜马拉雅南北坡地区近地层的能量交换和物质输送过程的异同，为研究喜马拉雅南北坡区域气候提供参考。研究结果表明：喜马拉雅北坡地区的下垫面加热方式是感热交换占主导地位，而南坡地区以潜热交换为主；南北坡之间地表辐射平衡各分量差异明显，短波辐射北坡地区高于南坡，而长波辐射则是南坡高于北坡，冬季南坡净辐射较高，其他季节南北坡差异不大；地表反照率均呈现典型的“U”型日变化特征，北坡地区反照率达0.25~0.40，南坡地区的反照率均在0.1~0.2，北坡反照率大于南坡；那曲站、珠峰站、慕士塔格站、Kirtipur站、Simara站和Tarahara站的能量平衡闭合率分别为85.1 \mathrm{\%} 、51.2 \mathrm{\%} 、53.5 \mathrm{\%} 、64.3 \mathrm{\%} 、65.6 \mathrm{\%} 和68.2 \mathrm{\%} ，总体来看南坡地区能量闭合程度大于北坡地区；各站蒸散发有显著的季节变化特征，均表现为夏季最强，秋季和春季次之，冬季最小，北坡地区除那曲站外各站点月累计蒸散发量低于南坡。

铁作为有机碳矿物保护的核心元素之一，不仅对土壤有机碳库的结构及其稳定性有重要影响，其氧化还原动态变化也驱动着有机碳的周转过程。从铁介导的有机碳固持机制、铁结合态有机碳稳定程度的影响因素以及铁氧化还原过程驱动的有机碳矿化机制3个方面对铁—碳耦合关系进行了梳理分析。首先，铁介导的有机碳固持机制主要取决于自身的矿物学特性，能够通过吸附、络合、共沉淀和夹层复合等方式形成铁结合态有机碳，从而对有机碳起到直接的矿物保护作用。此外，铁氧化物还可以作为胶结剂促进团聚体形成，或通过改变环境pH进而间接保护有机碳。其次，铁结合态有机碳的稳定性主要受其自身性质（铁的矿物学特征、碳铁比、与有机碳的结合方式）、铁还原菌的种类以及小分子有机物的影响。第三，铁介导的有机碳矿化过程主要包括铁异化还原介导的有机碳矿化过程，以及由Fe（Ⅱ）化学氧化驱动的芬顿/类芬顿反应所生成的羟基自由基导致的非选择性有机碳矿化过程。但是，铁氧化物也能通过与外源输入碳复合形成铁结合态有机碳从而抑制土壤有机碳的矿化，以及通过降低酚氧化酶活性而减缓有机碳的矿化速率。因此，铁氧化物的矿物学特性和氧化还原敏感性对土壤有机碳的累积具有重要影响。最后提出了未来铁—碳耦合关系研究应该加强的方向，旨在深入解析铁介导的有机碳动态变化的内在机制，为土壤的固碳减排以及“碳中和”目标的实现提供理论依据。

水体稳定同位素作为贯穿水循环的介质，是研究大气环流过程和传输路径的有效手段。介绍了水体稳定同位素技术在青藏高原大气环流研究中的应用，聚焦典型站点降水、河水和冰芯等水体稳定同位素的季节和空间变化特征，揭示了大气环流对地表水稳定同位素高程效应的显著影响，以及大气降水对地表水的主导；引入降水稳定同位素标准判断亚洲夏季风爆发时间；通过冰芯稳定同位素揭示了厄尔尼诺—南方涛动对整个青藏高原水循环的影响及其响应机制的区域差异。在未来的研究中，将加强跟地球系统模型的结合，关注水体稳定同位素在不同时间尺度的控制因子、突变过程以及激发机制，进而量化古气候替代指标中的稳定同位素变化、从较长的时间尺度上重建影响青藏高原的水汽来源的演变历史。同时关注过量氘等具有水汽来源诊断能力的参数，研究其与大尺度环流参数的相关性，从海表温度、蒸发等陆—气相互作用分析并将高原环流过程与全球环流过程紧密结合综合分析。

利用GLEAM V3.3a实际蒸散发资料，评估了中国科学院地球系统模式（CAS-ESM2）对青藏高原蒸散发的模拟性能，并给出了模式对未来气候变化情景下高原蒸散发变化的预估。结果表明：CAS-ESM2可以较好地模拟出青藏高原蒸散发的空间分布与季节循环特征，以及1981—2014年蒸散发的增加趋势，但趋势的幅值相对观测偏弱。未来预估试验结果显示，4种不同未来共享社会经济路径（SSPs）情景下青藏高原蒸散发均普遍增加，其中SSP585情景下的增加最为显著，且喜马拉雅山脉地区蒸散发的增加量值最大。相较于1995—2014年历史时期，年均蒸散发在2041—2060年增加46.3~65.8 mm，增幅为13.4%~19.0%；2081—2100年，年均蒸散发增加75.7~151.1 mm，增幅为21.7%~43.6%。影响蒸散发未来变化的因素具有区域性差异，高原中部和南部受气温变化影响更大，而柴达木盆地、羌塘高原中部受降水变化影响更大。

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害，其中，干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧，青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此，着眼于青藏高原的区域特点，对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析，系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果，揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征：干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部，高发时段为1980年代和2000年代；归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法：基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测；给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律：青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区，东北部、西南部和东南部是较高风险区；高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景，预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加；但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性，未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大；同时，提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题，并结合国际前沿，展望了青藏高原气象干旱未来研究需关注的关键科学问题和技术领域。

青藏高原及其周边位于东亚季风、印度季风与西风环流系统的交汇地带，是气候变化的敏感区和影响显著区。刻画青藏高原及其邻区降水的空间分布以及干湿气候区边界位置，不仅对深入认识该地区大气环流分布形势具有重要意义，同时还可以进一步加深对欧亚大陆大气环流动力学过程的理解。通过对青藏高原及其周边现代地表沉积岩石磁学参数空间分布特征的综合集成研究，结合300多个气象站点近70年气温和降水数据的详细对比分析，发现降水量是控制青藏高原及其邻区地表土壤磁学性质变化的主要因素，表土磁学性质可以用于揭示高原及其邻区降水的空间分布。已发表及新获取的700余块表土样品成壤相关的磁学参数呈现出显著的空间梯度变化，揭示出北祁连山—横断山以及帕米尔高原—北天山是青藏高原及其周边地区2条重要的成壤强度分界线，其大致分别对应半湿润—半干旱区（400 mm）以及干旱和半干旱区（200 mm）的干湿气候区降水界线。此外，高原北部及其周边多个末次冰期—间冰期以来的风尘沉积剖面磁学参数的空间对比结果，还进一步揭示第四纪冰期时，随着全球变冷，干旱化加剧导致高原北部气候梯度差异显著减小，全球冰量变化可能是控制高原北部气候格局演化的主要因素。

海底冲沟作为比海底峡谷、水道地貌尺度小1个数量级的微地貌，与海底峡谷、水道共同构成了完整的深水沉积输运系统。由于调查数据分辨率的限制，在前人研究中，海底冲沟的重要作用一直被忽视。海底冲沟是深水沉积输运系统的“毛细血管”，数量巨大，主要分布在大陆坡、岛礁边缘、河口冲积扇前缘、海底峡谷和水道内部，与深水工程安全、岛礁安全、深水沉积体系和深水油气储层预测息息相关。从识别特征、沉积环境、影响因素和形成机理等方面，系统介绍了海底冲沟的研究进展；从分布区域、坡度、形态和沉积特征等方面，探讨了海底冲沟与海底峡谷和水道之间的区别与联系，并给出了区分三者的方法。通过归纳不同沉积环境的海底冲沟特征，将其定义为：在坡度大于2°的地形中，重力流成因、直线型的微地貌尺度沟槽，具有宽度小、深度浅、长度短和形态笔直（弯曲度接近于1）的特点，其中，片状浊流成因的海底冲沟还具有相互平行和等间距分布的集群特征。

沉积盆地碎屑岩储层烃类热氧化的机理尚不明确，特别是参与反应的氧化性物质有待厘清。就此，在已证实发生该反应的准噶尔盆地下三叠统百口泉组开展了针对性研究。在岩心描述基础上，进行了系统的岩矿鉴定、全岩和微区主量元素以及铁价态分析。结果表明，百口泉组岩心呈现出褐色与灰色—灰绿色层段的不规则分布，颜色变化不受岩性界面和沉积构造的限制，显示出灰色—灰绿色层段为埋藏期还原性含油气流体改造的产物。褐色向灰色—灰绿色的转变是岩石中赤铁矿被消耗并伴随绿泥石生成的结果。赤铁矿含大量Fe³⁺和少量Mn^3+/4+，二者均参与了烃类热氧化反应，其含量差异导致伴生的绿泥石富Fe少Mn。赤铁矿大量参与反应，指示烃类热氧化可能在陆相含油气盆地深层普遍发生，有必要进一步开展研究。

为了研究高品质储层形成机理和优势渗流通道的预测，在系统调研国内外高品质储层形成机理研究成果的基础上，讨论了异常高孔、渗带形成机理研究的现存问题和未来趋势。结果表明：①机械和化学压实作用是孔隙度和渗透率降低的主要成因机制；②形成于成岩作用早期阶段，且具有最佳厚度的绿泥石和微晶石英包膜可在一定程度上抑制胶结作用的进行，伊利石包膜次之；③成岩作用早期阶段的流体超压可通过抑制机械压实作用保护储层孔隙度；④早期油气侵位可通过干扰胶结物的来源（物质供应）、运输及沉淀等过程，对石英和碳酸盐等胶结作用产生抑制性；⑤次生溶蚀作用及其所产生的次生孔隙最大值与流体性质、流量、传输机制及岩石矿物类型、含量等因素密切相关。从石油地质学的角度出发，结合交叉学科特色优势和研究手段是定量研究不同地质因素控储作用差异性和互补性的重要发展趋势，为建立有效识别、模拟及预测不同地质因素在不同地质时期差异控储作用的量化模型提供重要支撑，促进了不同学科优势技术方法的交叉融合。

可达性是早期人地关系产生的最重要媒介。地理可达性作为地理要素的主要表征模式之一，是解释人类活动与地理环境相互作用的关系、影响、效应及机理的有效手段与方法。分析地理可达性的演化与发展，剖析地理可达性与贫困的关系，地理可达性减贫的影响及其耦合作用，对于系统性构建地理可达性减贫的研究框架具有重要意义。在梳理地理可达性研究进展的基础上，发现可达性内涵逐渐从单一的距离表征（可进入性）转变为多维要素的可获性，凸显了可达性表征内涵的系统性和整体性。伴随着我国区域性绝对贫困的消除，贫困研究的重心也逐步从绝对贫困向相对贫困转变，从精准脱贫向可持续减贫及乡村振兴转变；已有文献中地理可达性与贫困的关系主要体现在地理空间对贫困的基础性作用，地理可达性对减贫影响的多重路径等方面。基于已有研究，以系统性和整体性为基础，构建了地理可达性减贫的研究框架，认为应当从“关系—影响—效应—机理”4个板块对地理可达性减贫进行探究，系统性地剖析地理可达性对减贫的影响效应和机理。研究结果对于丰富基于中国国情的减贫地理学理论，实践上支撑减少相对贫困、促进乡村振兴发展和可持续发展目标的实现具有重要意义。

叠层石菱锰矿被认为是生物成锰的证据，但少见相关报道。扬子北缘城口地区陡山沱组菱锰矿层中叠层石十分发育，但研究程度较低，其生长机制不明确，其是否是叠层石或者是附枝藻（Epiphyton）仍具有争议。从岩心描述与薄片观察出发，详细描述了研究区锰质叠层石的宏观和微观特征，根据其发育规模及形态特征将其划分为6种类型：微型分叉柱状叠层石、微型指状叠层石、指状叠层石、层状叠层石、柱状叠层石及层—柱状叠层石。研究表明，研究区柱状锰质叠层石直径一般小于1 cm，具同步生长特征，与假裸枝叠层石（Pseudogymnosolenaceae）特征相似。研究区微小型、宏体型叠层石基本层常呈有立柱结构的板状，这种基本层由树形石及微型叠层石组成，而不是附枝藻。叠层石与核形石、鲕粒共生，形成于碳酸盐岩台地边缘礁滩及滩后泻湖环境。研究区锰质叠层石垂向演化从指状向层状演化为主，指示陡山沱组沉积末期水体逐渐变浅。锰质叠层石微观结构以凝块结构为主，具有丝状、球状和放射状等微生物岩显微结构。锰质叠层石记录了碳酸锰精美的原始沉积结构，暗示微生物参与了锰元素的沉积成矿作用。

生物土壤结皮可以作为一种模式系统来研究复杂的生态学问题，而吸湿凝结水是生物土壤结皮在干旱期维持功能活性的基础，吸湿凝结水输入期间生物土壤结皮的生理活动会影响土壤中的碳交换和许多生物地球化学过程，因此，在荒漠生态系统中，地表吸湿凝结水与生物土壤结皮的关系研究显得尤为重要。但由于吸湿凝结水的形成过程受下垫面特征以及诸多热力及气象环境要素的影响，需要基于土壤学、生物学、气象学、物理学和表面科学等学科的交叉集成研究。在综述国内外研究动态的基础上，根据吸湿凝结水形成的物理基础，对比分析了不同原理测量方法的优缺点及发展趋势，从吸湿凝结水对生物土壤结皮的作用机制和生物土壤结皮发育对吸湿凝结水形成的影响两方面总结和讨论了目前吸湿凝结水形成与生物土壤结皮关系研究的进展和不足，根据现有研究结果，阐述了在未来全球变化背景下，非降雨水输入特征的改变及对生物土壤结皮发育和荒漠生态系统功能的生态作用，并提出了当前研究中存在的问题及未来的研究重点，这些问题的解决将提高我们对荒漠生态系统稳定性和可持续性的科学认知水平。

东南亚位于多板块碰撞交汇区，形成过程极其复杂。由于地理和历史的原因，东南亚地区整体研究程度较低，目前仍存在一些尚未解决的科学问题。其中厘清东南亚块体的组成，块体的边界、属性与来源是开展东南亚地学研究的关键。考虑到成因上的密切联系，中国华南、华北、青藏高原以及澳大利亚和印度洋板块向北的俯冲带都可以纳入到东南亚构造区域中，形成一个广义的东南亚构造区；根据地层对比、缝合带追踪、年龄分布和地震特征等，将东南亚划分为东南亚特提斯构造域、东南亚山弧构造域、东南亚挤出逃逸构造域、东南亚巽他古陆构造域、东南亚东部边缘海构造域和东南亚菲律宾弧构造域。其中特提斯块体从冈瓦纳大陆的裂离及拼贴方式、古南海的存在与消亡、新南海的成因机制、菲律宾岛弧活动带和新几内亚岛弧带的属性以及与古南海的关系是今后东南亚地球科学研究中值得关注的科学问题。