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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

从地貌信息图谱概念的起源——地学信息图谱开始介绍，论述了地貌信息图谱的概念与发展历程，从具体研究的角度归纳了包括地貌形态特征图谱（地面坡谱、剖面谱、二维格局谱系、地形纹理谱）和地貌发育谱在内的地貌信息图谱研究类型及研究现状。结合遥感、计算机和人工智能等技术的发展，分析了知识图谱与信息图谱结合的研究方法在未来地貌研究中的前景，总结了地貌信息提取、地貌信息分类和地貌制图等地貌信息图谱关键技术研究进展，并从构建完备的地貌信息图谱体系、提升地貌信息图谱关键技术、加强全球地貌格局与演变的精细化与定量化研究三方面对未来地貌信息图谱的发展进行了展望，以期为地貌研究工作的数字化、信息化和智能化提供参考，进而服务于国家资源环境重大战略并推进地貌学科的发展。

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。

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。

海洋科学是在观测数据积累的基础上不断发展的一门学科，其发展史上的任何一次重大突破都离不开观测技术及相应数据集的更新换代。格点化数据集的时间延拓已成为海洋数据产品更新的主要形式，总结了当前格点化海洋环境数据集的发展现状。首先，将海洋观测的发展历史总结为3个阶段：稀疏观测主导的初始积累期，大型观测计划主导的快速增长期，以及资料同化和再分析为主导的高质量发展期。其次，从温度、盐度和流场3个关键要素出发，重点介绍近几十年来国际上公开发布和更新的全球格点化海洋环境数据集，包括HYCOM、OFES、OSCAR、Drifter、ECCO和PHY等6种流场数据集，Argo、IAP、EN4和ISAS 4种三维温盐数据集，OISST、ERSST和HadISST 3种海表面温度数据集以及SMOS、Aquarius和SMAP 3种海表面盐度数据集。在已有的研究基础上，对这些数据集的来源、特征信息及优缺点作了简要回顾，为海洋科技工作者提供参考。最后，建议未来从完善和发展海洋立体观测系统，增加数据质量评估质量和改进以及优化数值模式3个方面进行研究。

全球业务化海洋预报系统可为海洋防灾减灾、航行安全、生态系统保护和海上搜救等提供预报服务。海面风是驱动海浪的源，因此提供海浪业务预报服务的国家/机构一般与数值天气预报结合在一起开展。详细介绍了基于WAVEWATCH III^?和WAM模式构造的全球海浪业务预报系统的参数配置。重点介绍了基于混合坐标海洋模式、欧洲海洋核心模式和模块化海洋模式开发的全球海洋环流业务预报系统的组成和参数配置。概述了基于社区海冰代码和新鲁汶海冰模式构造以及与海洋环流预报系统耦合在一起的海冰业务预报系统。最后对全球业务化海洋预报系统的发展方向进行了展望。

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。

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。

热带印度洋环流动力研究对认识海盆尺度物质和水体交换、区域乃至全球气候变化具有重要意义，亦服务于人类的生产生活。回顾了近年来基于中国科学院南海海洋研究所热带印度洋观测取得的环流动力方面的研究进展，探讨提出海洋波动桥梁概念，即：赤道波通过水平传播、垂向传播和东边界反射，在赤道上混合层、次表层和中深层调制着赤道流系的生成与变化；随着波动能量在东边界以沿岸开尔文波和反射罗斯贝波的形式往外赤道传输，赤道动力过程亦调节着外赤道的环流结构变化。作为能量传输的十字路口，海洋东边界是环流变化的动力支点。在其支撑下，海洋波动成为环流间重要的能量纽带，贡献于环流的动力联系，是东印度洋环流多尺度变化的重要内因。基于观测，初步探讨了大尺度气候模态等外因对热带东印度洋环流的影响。凝练的海洋波动桥梁动力学框架，为进一步研究热带印度洋的环流的特征、变化及影响提供科学启示。

山区生态系统不稳定及社区居民生计的脆弱性使得其成为联合国可持续发展目标研究与实施的重点区域，欠发达山区的可持续发展事关联合国可持续发展目标的发展进程与成效。基于文献计量方法，针对可持续发展目标中有关山区的发展目标，分析了全球欠发达山区可持续发展研究的主要国家及科研机构，遴选了可持续生计、居民健康与福祉、水资源供给及水环境卫生、生态系统保护和气候变化及响应5个与可持续发展目标密切相关的欠发达山区可持续发展研究的关键领域，阐述了各领域的研究进展与政策举措。同时，从完善评价体系推动欠发达山区可持续发展目标评估系统化，利用地球大数据突破欠发达山区可持续发展目标监测的数据瓶颈，开展可持续发展目标相互关系研究推动欠发达山区可持续发展目标的协同实施，以及开展可持续发展目标实现路径示范助力欠发达山区可持续发展目标政策实施等方面，对欠发达山区可持续发展目标实现面临的挑战及相应对策进行了分析，以期为欠发达山区可持续发展研究提供有益参考。

切沟侵蚀是重要的土壤侵蚀类型，是小流域侵蚀泥沙的主要来源。准确预报切沟侵蚀空间分布及其强度的时空变化，对于优化小流域水土保持措施配置、维持区域粮食产能和保障区域生态安全，具有重要的理论和实践意义。地形临界模型、敏感性评价、切沟形态特征经验关系、侵蚀预报模型和景观演变模型是预测切沟发育部位、评价发育概率或估算切沟侵蚀强度的主要方法。从这些方法的基本思路与原理出发，系统分析了相关研究进展，对比了研究结果的差异并评价了各方法的优缺点。未来研究需聚焦切沟监测方法优化与数据积累、切沟演变过程与数据可比性、预报方法遴选及区域适宜性、经验模型研发与参数区域分异，以及切沟侵蚀机理研究与过程模型研发，从而为促进切沟侵蚀预报研究、阻控切沟侵蚀、保障区域社会经济可持续发展提供技术支撑。

罗布泊干盐湖作为塔里木盆地唯一的尾闾湖，经历了淡水湖—微咸水湖—咸水湖—盐湖—干盐湖的演化历程，是亚洲内陆环境演化及全球气候变化研究的天然实验室。简要概述罗布泊第四纪沉积特征及环境变化过程，并对未来研究提出展望。罗布泊早更新世主要为河流三角洲—滨浅湖—湖泊等沉积环境，是罗布泊盆地第四纪时期最为湿润的时期。自早更新世末期进入以含石膏粉砂黏土为主的咸水湖沉积阶段，中更新世中期罗北凹地进入巨量钙芒硝沉积阶段，干旱程度加剧，指示常年性盐湖亚环境。罗布泊全新统底部发育含石膏黏土、砂岩，表层广泛发育石盐壳，指示全新世伊始，罗布泊气候经历了一个相对湿润期，其北部逆向演化至咸水湖阶段，波动至半干旱气候，而后又向极端干旱气候转变，最终演化为干盐湖环境。展望未来，罗布泊古环境研究主要有以下几方面的内容需要进一步深入： \mathrm{①} Ca-Cl型卤水对盐湖沉积亚环境综合判别的影响研究； \mathrm{②} 高精度地层时代框架； \mathrm{③} 可替代性环境演化载体； \mathrm{④} 定量化环境演变研究。

冰间水道是海冰区在风力和洋流作用下形成的线状断裂带。总结了冰间水道区域海洋—海冰—大气相互作用的物理机制和水道遥感的研究现状。冰间水道是极区海洋与大气间水热交换的重要窗口，是冬季产冰析盐和夏季融冰产生淡水的重要场所，也是极区动物赖以生存的栖息地和迁徙通道。利用水道与浮冰之间在反照率、表面温度、发射率和粗糙度等性质上的差异，可通过光学、红外和微波等多种遥感手段来识别和提取水道。随着北极海冰厚度的减小和季节性衰退的提前，波弗特海的水道宽度、面积和出现频率均呈现增加的态势。在北极海冰不断减少的态势下，未来需要结合现场和遥感观测重新评估水道表面能量收支及其对区域能量平衡的贡献，更准确地认识其在北极气候变暖放大效应中的作用。

海洋沉积物中蕴含着大量以甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）和丙烷（C₃H₈）为主要成分的烷烃化合物，与甲烷类似，乙烷与丙烷也是重要的温室气体。水合物分解和油气渗漏会释放这些烷烃化合物到海水及大气中，对海洋生态环境及全球气候产生重要影响。海洋环境中的微生物对烷烃的氧化作用有效降低了海洋烷烃气体的排放通量。系统综述了海洋环境中乙烷和丙烷的分布及生物转化机制的最新研究进展，归纳出以下认识： \mathrm{①} 海水中乙烷与丙烷的分布特征明显，主要受到水文、化学及生物等环境参数的影响； \mathrm{②} 海洋环境中乙烷与丙烷的生物来源主要有海水中浮游植物生产释放和沉积物中厌氧微生物生成，产甲烷菌可以利用多种底物生成乙烷与丙烷； \mathrm{③} 乙烷和丙烷的好氧氧化主要由烷烃氧化菌完成，并且该过程中伴随一定程度的碳氢同位素分馏； \mathrm{④} 沉积物中乙烷与丙烷的厌氧氧化通常与硫酸盐还原耦合，目前已对参与氧化乙烷与丙烷的硫酸盐还原菌及厌氧氧化机制有了初步认识。总结和回顾了海洋环境中乙烷和丙烷的来源、分布及微生物代谢过程，可为未来深入理解碳氢化合物的生物地球化学循环奠定基础。

水文模型是高效且经济的科学实验工具，不仅能结合观测数据验证科学理论、指导观测网络布设，而且对社会水资源管理、灾害防治以及经济决策等有不可或缺的重要价值。数值方法水文模型依据达西定律、理查兹方程和圣维南方程等水文物理公式，充分表现水文参数空间异质性，精细化表达水文物理过程，是水文模型发展的重要方向之一。SHUD模型利用有限体积法求解地表—地下耦合的流域水文过程，采用不规则三角网构成流域模拟空间，可实现空间上米—公里、时间上秒—小时的超高分辨率的数值模拟。由SHUD模型、rSHUD工具和全球基础地理数据组成的AutoSHUD水文模拟系统，构建了数据制备—模型模拟—结果分析的标准范式，其有效性和适用性已得到验证。当前我国水文领域对于数值方法分布式水文模型的探讨、开发和应用较为薄弱，亟需更多探索；不仅需要支持新模型的研发，同时应丰富已有模型在全球不同区域的验证、推广和改进工作。

氮是海洋生物生长必需的营养元素，其循环过程及其与碳、磷等生源要素的循环紧密耦合，共同调控着海洋生态系统的结构和功能。亚硝酸盐是海洋氮循环过程的关键中间体，在硝化、反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐生物吸收等氮转化过程中起着重要的作用。亚硝酸盐氮、氧同位素技术是新近发展起来的新技术，在甄别海洋亚硝酸盐的源汇过程，阐释氮组分的迁移转化，揭示缺氧区的氮循环等方面具有独到价值。近些年来，亚硝酸盐氮和氧同位素技术被应用于阿拉伯海、东热带北太平洋、东热带南太平洋、南海和东海等海域的研究，揭示了真光层和缺氧区亚硝酸盐的累积成因、海洋氧化亚氮的产生机制、缺氧区氮生物地球化学循环以及硝酸盐和亚硝酸盐之间的氮同位素交换动力学特征等，极大地深化了我们对海洋氮循环的认识。就未来发展趋势看，有关真光层和缺氧区亚硝酸盐的生物地球化学循环过程、硝酸盐和亚硝酸盐之间氮、氧同位素交换的动力学研究等仍需加强，以准确描绘海洋氮循环的路径并构建海洋氮收支状况。

明确盐沼土壤有机碳汇的稳定性对于科学评估海岸带“蓝碳”的碳汇潜力具有重要意义，而土壤有机质的结构组成与土壤有机碳汇的稳定性密切相关。选择长江口崇明岛东部4个成陆年代迥异的围垦区，利用固态¹³C核磁共振技术研究钻探取得的埋藏盐沼以及钻孔周边的林地表层土壤样品的有机质结构特征，揭示土壤有机质更新过程中有机质结构组成的变化。结果表明： \mathrm{①} 不同年代围垦区土壤有机碳官能团由表层到深层的变化特征类似，自表层的林地土壤样品至埋藏的盐沼样品，烷基碳与芳香碳的含量增加，而烷氧碳与羰基碳的含量降低。埋藏盐沼样品的烷基碳/烷氧碳含量值、芳香度与疏水碳/亲水碳含量值均大于钻孔周边林地表层土壤样品。随着埋藏深度增加，土壤有机质化学结构稳定性增强。 \mathrm{②} 自西向东林地表层土壤样品烷基碳/烷氧碳含量值、芳香度、疏水碳/亲水碳含量值均小于1，呈逐渐增长趋势；脂肪族/芳香族含量的值则逐渐降低。自西向东林地表层土壤样品有机质整体分解程度较低，但呈逐渐提高趋势，有机质稳定性逐渐增强。这与树木种植时间由西向东逐渐变早，表层土壤发育时间变长有关。 \mathrm{③} 自东向西，埋藏盐沼样品有机碳官能团含量与比值的变化表明，随着成陆时间延长土壤有机质稳定性不断增强。综上所述，随着成土时间延长，盐沼土壤有机质分解程度不断提高，有机质中结构稳定的组分所占的比例不断增加，易分解组分的比例不断降低，土壤有机质的稳定性不断提高。运用固态¹³C核磁共振技术研究长江口不同年代围垦区土壤有机质化学结构组成的变化，为揭示土壤碳汇稳定性的时间趋势及其化学机制提供了重要依据。

交通系统是人类经济社会活动的重要空间载体，在全球—区域—地方发展中不断促进各类生产生活要素与人口流动，交通—区域发展交互是人文与经济地理学研究的重要内容。在中国高速交通快速发展和“以人为本”的出行理念下，国内交通地理学在以任务带学科、多学科交叉融合、大数据挖掘与技术多元化的发展模式下，瞄准学科难点和研究瓶颈，服务国家发展需求。围绕交通—区域发展交互领域进行相关的理论与方法创新，以中国科学院地理科学与资源研究所交通地理研究团队为代表，阐明近10年来在交通地理学学科的创新发展。主要贡献在于： \mathrm{①} 高速化、网络化和复杂化视角下的交通地理学理论与方法创新； \mathrm{②} 交通系统与区域—地方互动机制； \mathrm{③} 交通大数据支持下的城市空间组织机理。基于学科理论与方法，研究成果在交通基础设施布局与区域发展、“一带一路”互联互通、新冠疫情防控与交通出行等方面进行了实践应用，为交通强国战略背景下交通地理学研究添砖加瓦。

自21世纪以来，对地球上最大、最高的高原——青藏高原上持久性有机污染物的含量、传输途径和归宿的了解已逐步深入，回顾了关于青藏高原持久性有机污染物研究的主要成果。高海拔山区的观测技术和多尺度模型是产出这些成果的关键突破口，而第三极持久性有机污染物观测网填补了青藏高原地区持久性有机污染物数据的空白，为系统阐明南亚持久性有机污染物的排放特征，明确印度季风驱动下持久性有机污染物输入青藏高原的过程与范围以及揭示青藏高原高寒生态系统对部分持久性有机污染物的富集程度提供了基础。植被、土壤和冰川是持久性有机污染物的重要汇。由于青藏高原临近国家是持久性有机污染物的排放源地，使得持久性有机污染物可通过远距离大气传输和“冷捕集”作用在青藏高原环境中富集。因此未来需要开展长期监测，准确量化新型污染物对青藏高原生态环境的影响，阐明气候变化和人类活动共同影响下青藏高原环境变化的趋向。最后，考虑到跨境传输是青藏高原持久性有机污染物污染的主要原因，因此还应在持久性有机污染物排放法规方面积极开展全球/区域合作，以减少持久性有机污染物的迁移及其对青藏高原的不利影响。

地理世界中存在一类具有产生、发展和消亡的地理现象/对象，综合对地观测技术和多源信息获取技术的发展提升了获取这种动态地理现象的能力。现行的地理时空分析方法以点、线、面、体为基本单元，以数据获取尺度为分析尺度，割裂了地理现象的时间连续性，限制了地理时空动态的分析能力。把产生、发展和消亡的动态演变抽象为地理过程，从演变过程的尺度，提出一种新的地理时空分析方法。首先，提出“地理过程—演变序列—时刻状态”的分解抽象和逐级包含的地理时空过程语义，并基于“节点—边”的图思想建立地理时空过程图表达方法和存储模型，实现地理对象（节点）和对象演变行为（边）一体化表达和存储；其次，以地理过程为基本单元，设计“地理状态对象提取—演变序列追踪—过程对象重构”的过程对象提取方法，并基于节点的出度（该节点引起其他节点变化的边的个数）和入度（其他节点引起本节点变化的边的个数）实现过程对象演变行为的识别；再次，以地理过程为分析尺度，拓展时空邻域为过程邻域、时空相似性为过程相似性，设计面向过程的地理时空挖掘方法，开展地理对象及其演变行为的时空模式挖掘；最后，以1950—2019年月尺度的太平洋海洋表面温度异常变化过程对象为例，挖掘了海洋表面温度异常变化结构及其行为，并分析了与ENSO类型之间的关联模式，验证了所提方法的可行性和适用性。

晚中新世托尔通期（11.61~7.25 Ma）比现代更加温暖和潮湿，却有着与工业革命前相近的大气二氧化碳分压，这种低大气二氧化碳分压下的暖室气候在整个新生代都很特殊，搞清其驱动机制有助于预测未来气候变化。对此有两种解释：基于指标记录的晚中新世气候—二氧化碳分压“解耦假说”和基于数值模拟的“协同作用假说”。指标重建的地质记录表明晚中新世的气候可能并不受二氧化碳分压影响，即气候与二氧化碳分压发生解耦。数值模拟表明晚中新世异于现代的植被分布和地形构造等，很可能促成晚中新世全球温度的升高。但数值模拟很难充分模拟出晚中新世的升温幅度和模式。对晚中新世开展准确且高分辨率的二氧化碳分压重建是未来指标重建工作的重点，而植被反馈、云反馈、水蒸汽反馈和土壤性质是影响晚中新世暖室气候的主要因素，未来的数值模拟工作应朝这些方向推进。

氧化还原敏感微量元素Re、Mo和U主要依靠扩散作用通过沉积物—水界面，在不同氧化还原条件下的沉积物中自生富集，Re在轻度还原的次氧化沉积环境中富集，Mo在还原性更强的硫化环境中富集，而U具有较宽的富集沉积深度区间。Re、Mo和U独特的地球化学行为使其可用于指示海洋环境的氧化还原状态，其在沉积物中的自生富集程度与沉积时所处的氧化还原条件具有良好的相关性：Re、Mo和U在氧化沉积环境（Re/Al<1.3×10^-7，Mo/Al<0.4×10^-4）和季节性缺氧区覆盖的沉积环境中富集程度较小，在常年性缺氧区覆盖的沉积环境（U/Al>5×10^-4，Mo/Al>5×10^-4）和硫化沉积环境（Mo/Al>5×10^-4）中富集程度较大。除依据其地球化学行为特征和相对富集程度进行定性分析之外，还可以结合元素富集系数（TM_EF<1表示亏损，TM_EF>1表示富集，TM_EF>3表示明显富集，TM_EF>10表示强烈富集）、元素比值（Re/Mo≤0.3×10^-3指示氧化环境，Re/Mo≈10×10^-3~30×10^-3指示缺氧环境，Re/Mo≈0.7×10^-3~0.8×10^-3指示硫化环境）、元素共变体系（Mo_EF/U_EF≈0.1×现代海水值~0.3×现代海水值指示氧化—次氧化环境，Mo_EF/U_EF>1×现代海水值指示缺氧环境，Mo_EF/U_EF≈3×现代海水值~10×现代海水值指示硫化环境）以及同位素（氧化沉积环境中δ^98/95Mo≈-0.7‰，次氧化沉积环境中δ^98/95Mo≈-0.5‰~+1.3‰，缺氧沉积环境中δ^98/95Mo≈+1.6‰，硫化沉积环境中δ^98/95Mo≈+2.2‰~ +2.5‰）等进行综合定量判别。值得关注的是，目前Re、Mo和U的氧化还原迁移转化机制尚未完善，现代海洋系统的数据较为有限，Re、Mo和U富集程度的区域分异性和高度可变性仍有待进一步研究。未来仍需要更多的现代海洋系统氧化还原敏感微量元素数据和应用实例，以更好地与古海洋体系相结合来完善氧化还原敏感微量元素指标的指示作用。

低分子烷基胺是大气中最常见和含量丰富的胺类，具有高水溶性和强碱性，广泛存在于大气气相和颗粒相中。大气低分子烷基胺的气/粒转化对成核、新粒子生长和二次气溶胶生成贡献显著，并影响颗粒物吸湿性，参与导致灰霾的形成。大气低分子烷基胺的测量方法主要有离子色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、化学电离质谱法和单颗粒气溶胶质谱法，各有优势和不足，在线质谱法的应用还较少。近年来，国内外对大气低分子烷基胺的关注度较高，已有研究对城市、郊区和海洋等不同类型地区的气相和颗粒相低分子烷基胺进行了测量，在大气低分子烷基胺的浓度大小、分子组成、时空分布、来源分析和大气行为方面取得了一定的进展。由于采样和测量方法等条件的限制，研究工作缺乏时间的连续性和不同区域类型的空间覆盖率，仍需更多实测数据的补充。由于对大气低分子烷基胺的来源认识不足和对其大气转化机理认识的局限，来源分析和大气行为方面的工作仍有较大的不足，需要在未来进一步研究。

生物标志物是研究古环境重建和物质循环理论的重要载体。针对海洋生物标志物的同位素研究是研究古海洋学与海洋元素循环理论的重要手段，应用国际先进的单体分子天然放射性碳同位素（碳-14）技术开展海洋环境演变和碳循环相关研究有着重要的科学意义。其中，长链烯酮单体分子碳-14年龄分析能够反映海洋搬运作用对有机质沉积过程的影响，对生物标志物重建古环境等应用提出了新认识，并为建立利用有机质进行沉积物定年的方法奠定基础，也为建立海洋环境变迁和海洋碳循环模型提供进一步的年龄约束。因此，有必要对长链烯酮单体分子碳-14年龄的测定与研究意义进行系统归纳总结。在此基础上，综合介绍了2种关键的长链烯酮单体的分离提纯技术、1种重要的烯酮单体分离技术和长链烯酮单体分子碳-14分析及计算方法，以及长链烯酮单体分离提纯的过程空白评估方法；并总结了长链烯酮单体分子碳-14分析技术在海洋学中的指示意义：①间接地指示海洋搬运作用；②示踪海洋碳库；③具有改进沉积物年代学和古环境指标的潜力。最后，提出了应用长链烯酮单体分子碳-14解决海洋碳循环的几点核心科学问题。系统地总结长链烯酮单体分子碳-14技术特点与典型范例，对未来在中国近海开展相关研究具有重要启示意义。

综述了我国学者近年来用非线性最优扰动方法探索热带气旋目标观测及其外场试验的主要进展，具体包括：从提高数值模式初始场精度的角度，用条件非线性最优扰动方法确定了热带气旋路径和强度预报的目标观测敏感区，并成功应用于“风云四号”气象卫星和下投探空仪台风目标观测外场试验，助力业务部门获得了宝贵资料。从减小模式误差或外强迫不确定性的角度，将非线性强迫奇异向量方法应用于探讨热带气旋强度预报的敏感性，揭示了模式误差的敏感气象要素和敏感区，以及海表温度强迫的敏感区；用集合扰动的思路识别了热带气旋快速增强过程预报的行星边界层的模式误差敏感区。讨论了目前热带气旋目标观测研究存在的问题以及可能的解决方法，展望了未来热带气旋目标观测研究应努力的前沿方向，及其在实际预报中的应用前景。

全球气候变化对资源、生态和环境的负面影响日益显现，降低大气CO₂浓度已经成为全球关注的焦点。潮间带湿地（如红树林和盐沼）具有很强的碳汇功能，是降低CO₂浓度和减缓全球气候变化的重要途径。红树林和盐沼作为重要的海岸带蓝碳生态系统，其土壤具有极高的储碳能力。由于受潮汐和降雨等驱动力的控制，红树林和盐沼土壤间隙水碳交换过程在海岸带蓝碳汇估算中具有较大的不确定性。同时，红树林和盐沼间隙水碳交换过程也是海岸带蓝碳汇相关研究中的前沿性科学问题，具有较大的挑战性。红树林和盐沼间隙水交换促使大量沉积物中的碳输出并存储于海洋，其可能是除了湿地碳埋藏之外的另一个重要碳汇，但目前对此尚未开展系统研究。总结论述了红树林和盐沼生境土壤间隙水交换速率及其携带蓝碳通量和控制因素，期望在对全球红树林和盐沼生态系统蓝碳收支和碳汇潜力进行评估中对其土壤间隙水过程携带的蓝碳通量引起足够的重视。这将深化对红树林和盐沼生态系统碳收支平衡和循环过程的认识，进而在全球气候变化的背景下，为更好地发挥海岸带蓝碳汇功能、促进红树林和盐沼生态系统建设和保护以及海岸带可持续发展提供科学支撑。

山地冰川生态系统包含冰、雪、冰川融水、冰尘、沉积物、冰碛物和土壤等多种栖息地，孕育了独特的生物群落，由耐寒性微生物占主导。由于对气候变化极其敏感，近几十年来，全球范围内的山地冰川正在急剧退缩。依据垂直分层特征、空间位置、环境特征和定殖微生物营养类型等，将山地冰川生态系统分为4个生态区：冰川表面区域、冰川内部区域、冰川下部区域和冰川前缘区域。从微生物的生理特征、群落组成、影响微生物分布和多样性的生态因素等几个方面，综述了山地冰川生态系统不同生态区的微生物研究现状。近10年来对冰川生态系统微生物的研究主要关注以下几方面内容： \mathrm{①} 嗜冷、耐冷细菌和真菌的分离培养； \mathrm{②} 微生物群落组成和多样性特征； \mathrm{③} 微生物群落构建和演替过程； \mathrm{④} 微生物介导的元素循环过程； \mathrm{⑤} 生态因子与微生物群落相互关系。目前，大部分研究集中在冰川前缘和表面区域，且主要关注细菌类群的组成和多样性。未来应该把冰川表面、内部、下部及前缘区域作为一个整体系统考虑，开展针对不同生境的多种微生物类群的长期监测和研究，重点关注类群间交互作用和功能方面。以期更好地理解极端环境下微生物介导的生态过程及其发挥的生态作用，这对维护山地冰川及其相关生态系统稳定具有重要意义。

海底地下水排放作为河口海岸与近海的自然现象，是陆源物质重要的入海通道，在近海物质循环和生态环境效应中有时起着决定性作用。针对近年来迅速发展的近海海水养殖，综述了海底地下水排放影响近海养殖物种等相关研究，阐明了海底地下水排放对不同养殖生态系统的重要控制作用。首先，近25年文献计量分析的结果表明，关于海底地下水排放与海水养殖之间关系的研究呈明显上升趋势，且在全球范围内具有广阔的地域分布和研究远景。其次，总结相关研究案例发现，一方面海底地下水排放及其输送的营养物质能够提高初级生产力，进而促进近海藻类、鱼类和贝类等海水养殖物种的生长，对其产量产生积极的影响；另一方面，通过海底地下水排放输送的过量物质也会给海水养殖物种带来负面影响，导致它们减产甚至死亡。与此同时，养殖海水进入沿岸含水层也会反过来影响海底地下水排放及其携带入海物质的种类和通量。因此，相对于河流等输入，在海水养殖的可持续发展中如何高效利用相对“隐蔽”的海底地下水排放过程中携带的营养物质，提高海水养殖生物生产，减少负面效应，是值得关注的，也是将来海水养殖相关研究工作中值得关注的重点工作之一，其研究成果可为我国近海养殖合理管理和渔业资源的可持续利用提供基础数据参考。

钾盐是保障国家粮食安全的重要战略性矿产资源。从国家安全视角出发，构建了中国钾盐资源安全评估与预警指标体系，运用常权和变权评价模型评估了2001—2020年中国钾盐资源安全，并对2021—2030年钾盐资源安全进行预警。结果表明：2001—2007年由于储采比和储量指数较低，进口依存度和进口集中度较高，钾盐资源安全风险程度较高，处于不安全状态。2008—2020年随着储采比增加，进口依存度和进口集中度降低，风险程度稍有下降，处于基本安全或安全状态。2021—2030年中国钾盐资源安全预警评估值在5.08~6.28范围内，预警等级呈现黄色预警—蓝色预警—黄色预警的变化趋势。从风险提示来看，储量指数、进口依存度和进口集中度为影响中国钾盐资源安全的公共风险因素，需注意防范。

气候系统属于复杂系统，可以存在双（多）稳态。当系统的控制参数处于临界点附近时，控制参数的微小变化或者外界施加的微小干扰，可能导致系统状态由一种稳态不可逆地突变到另一种稳态，发生临界转变。系统梳理了气候系统中临界转变的基础理论和主要研究内容，探讨了其研究态势，并提出了现有研究存在的问题和重点研究方向。结果表明： \mathrm{①} 现有研究内容主要聚焦于不同时空尺度气候子系统的临界转变现象及其研究方法、临界转变的驱动因素和形成机制、临界转变的早期预警信号及其检测方法； \mathrm{②} 气候系统中临界转变的研究表现出以尺度拓展、学科交叉、级联效应、综合集成和人类响应等为主要特点的研究态势； \mathrm{③} 现有研究存在的问题包括：基础概念的认知和使用有待统一和规范，数据可获取性和定量分析模型的准确性有待提升，临界转变及其潜在气候风险研究有待深化； \mathrm{④} 我国未来的研究应重点关注临界转变与我国关键生态安全屏障、区域发展格局以及人类安全与福祉的关系等领域。

泥炭是研究古环境的良好载体，也是陆地重要的有机碳库。泥炭中微生物醚类化合物结构多样、含量丰富、生物来源较为明确，其分布主要受温度、pH和氧化还原状况的影响，可以作为古环境重建的代用指标，也是甲烷循环等生物地球化学过程的示踪计。一些微生物醚类如GMGTs、isoGDGTs异构体和BDGTs的含量可能被开发为泥炭新的古环境和产甲烷作用指标。当前，醚类在泥炭古环境重建和产甲烷作用重建中还存在一些问题，包括pH指标与有效降水量之间的关系不明确，沉积相转变对泥炭古环境重建和产甲烷活动重建可能存在影响，brGDGTs重建温度存在不确定性，需要进一步研究。