硫酸盐热还原（TSR）是高含硫天然气形成的主要原因，但是参与TSR反应的主要烃类组分仍存在争议。在对比分析湿气—硫酸镁反应体系、甲烷—硫酸钙反应体系以及重烃—硫酸镁反应体系模拟实验的基础上，通过对TSR化学反应表达式的分析以及化学动力学、热力学等理论的探讨，结合实际地质资料，认为甲烷是C₂₊烃类参与TSR反应的产物，TSR的发生与C₂₊气态烷烃的产生具有同步性，TSR的反应速率随着C₂₊气态烷烃的增加而加快，当湿气裂解为干气后，硫化氢含量几乎不再增加，从而形成干气伴生硫化氢。根据油气生成演化阶段分析，认为TSR主要发生在热裂解生凝析气阶段，原油裂解为硫化氢伴生天然气后，压力系统发生改变，天然气重新聚集成藏，如果构造环境发生改变就会进一步调整成藏。因此，天然气中硫化氢含量不仅受生成条件控制，还受运移通道、保存条件等因素控制。

斑岩铜矿不但形成于环太平洋成矿域，还形成于特提斯成矿域和中亚成矿域(古亚洲洋成矿域)。成矿物质来源于深部，经过“洋壳—地幔熔岩流”、“原始岩浆”、“浅部富矿岩浆”和“岩浆结晶—成矿”4个阶段，其中在“原始弧岩浆”阶段，通过MASH过程，有大量成矿物质和能量的聚集。成矿流体为富H₂O、高温、高压、高盐度、强氧化性、高氧逸度的富矿气液相流体，这些特点有利于成矿物质在岩浆—热液分离过程中向流体富集，并以氯络合物的形式运移。随着成矿流体的上侵，温度和压力的降低是成矿物质沉淀的主要影响因素。磁铁矿的结晶为成矿流体提供了大量的S^2-离子，也是导致成矿物质沉淀的主要因素。斑岩型蚀变带从里向外为石英内核、钾化带、SCC带和泥化带，铜矿化主要发育在矿化带外围以及SCC带。目前，斑岩铜矿成矿模型主要有经典模型、系统模型和多阶段叠加模型。

地球表面的温度信号向地下传播并影响地下温度剖面，这种温度剖面可从钻孔中测量，通过分析可重建过去表面温度变化。虽然认识到表面温度变化对地下温度和热流的影响已有很长时间，但仅在20世纪80年代以后钻孔温度剖面才被广泛应用于气候变化研究。钻孔气候方法与其他重建过去气候的近似方法不同，因为它是基于温度剖面测量与过去气候，即地表温度（GST）、重构参数的直接物理联系之上的。钻孔温度气候研究方法已被证实可以重建过去地表温度趋势，并且最终可结合表面气温序列估计其预观测平均值（POMs）。钻孔温度剖面并不是地表温度的代用指标，而是地球大陆表面能量平衡的直接测量。这种地下的信号通过热扩散衰减非常快，因而对从地下温度测量数据中提取过去气候变化信息的方法施加了一个物理限制。描述由钻孔中测量的温度—深度剖面来重建GST历史的基本特征及问题。

全球范围内正经历显著的城镇化过程，近些年来发展中国家城镇化尤为迅速。城镇化过程带来城市大发展和人口大规模集聚，生产生活方式改变，温室气体和污染排放等变化。随着全球城镇化进程不断推进，其对气候变化的影响不断增强和显著。主要从城镇化对气候变化的影响和城镇化对气候变化影响的机理两方面对相关研究进行回顾总结。城镇化引起区域增温和城市热岛效应，高温热浪、强降水等极端天气发生频率增大，还导致城市洪水风险增加。城镇化进程中污染物排放的增加是空气质量恶化的主要原因，城镇化还通过改变城市气象对空气质量产生间接影响。城镇化对相对湿度、风速、日照、云量等气候要素具有重要影响。城镇化对气候变化的影响主要通过下垫面改变、温室气体与污染排放、人为热排放与城市高热容量3个方面实现。城镇化不仅直接作用于区域/局地气候，而且通过促进全球气候变化间接作用于区域/局地气候，因此城镇化对气候变化的影响具有全球和区域的多尺度叠加效应。

GRACE卫星数据是监测地下水储量变化的一个新兴工具，及时了解其在中国的应用状况非常重要。在运用文献计量分析方法，定量分析相关研究趋势和特点的基础上，详细阐述了基于GRACE卫星数据的地下水监测基本原理、监测方法和不确定性，并总结了中国地下水储量变化监测的范围、精度和结果。研究发现，基于GRACE卫星的中国地下水储量变化监测研究逐渐受到重视，相关的中英文论文数量与被引频次均呈上升趋势。常用的监测方法主要包括基于水量平衡原理估算地下水储量变化、利用GRACE卫星数据校准水文模型。基于GRACE数据的中国地下水储量变化监测热点是华北平原。监测结果与实测地下水数据吻合良好，二者相关系数均高于0.6。目前，基于GRACE卫星数据的中国地下水储量监测仍存在空间分辨率低、不确定性大等挑战。未来应该结合GPS数据、合成孔径雷达干涉测量和地下水储量实测数据进行综合分析，以提高监测精度和可靠性。

全球变化的适应性研究已经成为全球变化研究的重点，亦是制定全球变化适应对策的关键。基于全球变化的定义，从生态系统对全球变化适应的4个方面：①对大气CO2浓度变化的适应性；②对气候变化的适应性；③对CO2浓度与气候变化协同作用的适应性；④对人为干扰的适应性，综述了当前的研究成果，进而提出了未来关于全球变化的生态系统适应性研究需要重视的方面，尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。

植被覆盖度是刻画地表植被覆盖的重要参数，在全球变化研究、地表过程模拟和水文生态模型中发挥着重要作用。遥感能够反映不同空间尺度的植被覆盖信息及其变化趋势，是获取区域及全球植被覆盖度参数的一个重要手段。综合分析了用于植被覆盖度估算的遥感数据源，包括高光谱数据、多光谱数据、微波数据和激光雷达数据。而且分析了各种常用的植被覆盖度遥感估算方法及其优缺点，并评价了现有基于遥感数据的植被覆盖度产品及存在问题。最后，针对目前研究中存在的问题，讨论了植被覆盖度遥感估算研究的发展趋势，指出高时空分辨率长时间序列的全球植被覆盖度数据集、多源遥感数据融合和同化技术是未来植被覆盖度遥感估算研究的主要方向。 

雅丹地貌是风蚀地貌研究的重要对象，目前研究较为薄弱。雅丹地貌自瑞典探险家斯文赫定命名并开始研究以来，已有百余年的历史。随着科学技术的不断进步和研究方法的更新，已取得了重要进展，但仍存在许多问题。首先对雅丹地貌的科学定义、空间分布、形态特征、形成发育条件、形成发育过程、形成年代、与环境的关系和分类等8方面的进展和问题进行综合评述。在此基础上，对未来的研究前景进行了展望，并提出明确科学定义；加强野外监测和室内定量研究；突破雅丹形成年代研究瓶颈，深化雅丹与环境关系研究；加大研究资助力度等4点建议。

传统的重矿物分析是碎屑沉积物物源示踪的基本方法，具有费用便宜、物源信息全面等优点，还可以为单矿物物源示踪提供重要的背景信息，具有无可替代的作用。近年来，该方法在基础理论和技术上取得了一系列新进展，但尚缺乏系统的总结。对重矿物分析的研究进展和发展趋势进行了梳理，主要包括如下几个方面： \mathrm{①} 沉积物在搬运、沉积、成岩和暴露过程中，风化、水力分选、埋藏成岩等因素对重矿物的影响； \mathrm{②} 重矿物组合数据获取的方法（采样、前处理、粒径选择以及计数等）和应注意的问题； \mathrm{③} 如何进行重矿物数据分析、处理和应用，包括开展常用重矿物指标计算、偏差矫正和沉积物贡献量计算等； \mathrm{④} 重矿物分析方法的发展趋势。认为机器自动矿物识别以及重矿物分析与单矿物分析相结合是重矿物分析物源示踪方法的发展方向。

地球重力场及其地学应用是地球科学领域的重要内容之一，在国家基础测绘、灾害监测、资源勘探、地表圈层耦合作用和航空航天等方面等都具有不可替代的重要作用。近年来，随着重力场观测技术的不断革新，重力测量以及相应的理论、方法及应用的发展迅速，取得了丰硕的研究成果。2020年中国地球科学联合学术年会重力场专题报告（包括42个口头报告和10个张贴报告）就是这些成果的集中展示。基于年会重力场专题报告内容，综述了我国近年来在地球重力场及其地学应用方面的最新研究进展。

国际大洋钻探50余年来已执行297个航次，累计采集长度超过4×10⁵ m的岩芯，同时获取大量观测数据。然而，这些岩芯样品测试和观测数据却以多源、异构的形式散布在不同文献和数据库中，无法做到广泛共享和高效利用。通过系统调研国际大洋钻探各阶段的航次报告、数据库以及学术论著等资料，理清了数据分布、数据载体及数据类型等现状。认为大洋钻探科学数据包括船上数据和航次后数据两大部分，共在表、图、文中包含了钻井取芯、岩石地层特征、沉积学、矿物学、古生物学、地层学、地球化学、构造地质学和地球物理学等15类近200项数据类型。研究发现国际大洋钻探现有数据体系具有层次清晰、时空属性明确、来源简单又复杂、存储格式多样、类型一致又多样等特征，是地球科学领域典型的科学大数据。开展国际大洋钻探科学数据的汇编除可实现数据快速获取外，也具有重要的科学意义，不仅有潜力解决海洋生物演化、全球物质循环、古海洋与古气候、深海矿产资源评价等方面的重大科学问题，还能为推动地球科学研究范式的变革做出积极贡献。最后，就国际大洋钻探科学数据统一格式和汇编建库这一关键步骤提出了具体建议。

铁在地壳中的含量位列第四，在海洋中常以微量元素的身份出现。铁拥有多变的价态和多样的功能，是调节海洋初级生产力和驱动海洋生物地球化学循环的重要力量。以往的研究表明，铁在维持初级生产力、耦合物质循环以及调节生源要素转化中具有重要作用。近年来微生物生态学的发展将铁的研究推向了新的高度，包括微生物驱动的铁氧化—还原行为、代谢过程以及与主要元素（C/N/P）的交互关系等。以近15年发表的文献为重点，尝试综述铁的最新进展。首先梳理了海洋中铁的来源和赋存状态（溶解态、胶体态、颗粒态和有机态）；其次阐释了微生物介导的铁氧化还原类型和过程机制（如硝酸盐氧化、生物还原等）；最后总结了铁与C/N/P循环的耦合关系以及在特定生态事件中的生态效应。此外，对海洋铁研究的“化学—生物—物理”理论框架也进行了展望，旨在为更好地认识铁循环及其在海洋微生态过程的作用提供资料借鉴。

在对河流水系演变与人类社会发展关系进行归纳总结的基础上，基于历史文献和数字高程模型数据，提取16世纪末至今北运河流域水系4个年份断面（1582年、1820年、1933年和2011年）。同时确定河网分级、进行水文分析，计算水系结构参数。结果表明，16世纪末至今，北运河流域范围逐步缩小，水系格局由亚树枝状向混合状形态演变。1582—1820年是河流长度发育、河流数量、支流发育系数与河网复杂度增加最为显著的阶段，反映了河流主干化的趋势，人类对河流连续性干扰较深。而洪涝引起的水系变动以及人类增加水源、开挖引河、筑堤坝等活动，是水系结构改变的主要原因。

陆地生态系统研究通常未考虑影响整个岩石风化层——土壤剖面的生物地球化学过程，而关键带科学则强调从冠层到基岩重新认识整个生态系统的结构和功能，在流域尺度上应该强调大气和植物之间、植物和土壤之间、小流域土壤和溪流之间物质和元素循环的相互联系等。植物碳固定及分配、从地表到基岩的土壤碳库分解和转化以及小流域碳迁移与平衡是碳生物地球化学循环的起始、周转和迁移过程的关键环节，应该加强流域尺度上从冠层到基岩的生态系统碳循环过程、机制及其生态功能研究。同位素技术具有指示、示踪和整合功能，通过δ¹³C自然示踪和人工标记技术，可以辅助解析碳生物地球化学过程与机制。

火是地球系统的重要组成部分，与气候、植被、生物地球化学循环和人类活动密切相关。火对全球气候和生态系统的影响已成为目前全球变化研究的一个热点。火灾发生后会在周围的环境中留下许多燃烧产物，如黑碳、木炭屑、多环芳烃、左旋葡萄糖等，它们广泛存在于海洋、湖泊、河流、土壤和陆地风成沉积物中；还会留下一些火灾痕迹，如树木火疤、土壤磁学参数的改变。通过这些记录不仅可以反映火活动的历史，同时能够反映历史时期的气候条件及植被格局，为火灾历史重建提供宝贵的信息资料。主要总结目前国内外火灾历史重建中常用的一些替代性指标及存在的问题，同时指出古火历史重建未来的发展方向。虽然不同的替代性指标在以往的研究中都得到了成功应用，但是不同的记录由于受人为或生物扰动的影响，反映的时间及空间尺度上的差异性，使这些指标在重建火灾历史中都存在一定的局限性，不利于正确理解火灾与人类活动、气候变化和植被之间的相互关系。

风电是发展最快的可再生能源之一，随着风能在全球范围内大规模发展，人们开始关注大规模风电场的部署及运行对生态环境和气候的影响。通过调研相关文献，总结归纳了风电场对气候和生态环境的影响：一方面风机的架设改变了原有空气动力学粗糙度高度，加强了下垫面对湍流的阻挡作用，直接影响边界层湍流运动，改变原有陆地表面和近地层大气之间的物质能量和水分交换的强弱程度和模式，影响大气环流和气候；另一方面由于风力涡轮机将一部分风动能转化为电能，产生风机尾流效应，改变了边界层中大尺度运动动能的收支模式与时空分布，导致大气各种通量（热量通量和水汽通量等）的变化，对温度、降水和风速等产生影响。通常情况下，风电场对近地面的增温或降温效应与大气的层结稳定性有关。尽管如此，在全球气候模式中的模拟结果表明，风电场对全球气候的平均影响很小，其影响远远小于温室气体排放引起的预期变化和自然气候的年际变化。风电几乎不排放二氧化碳和污染物，与其他传统能源相比，减少水资源消耗，同时可能破坏动物栖息地、鸟类碰撞和产生噪声视觉等一些消极生态影响，但是可以采取相应的一些措施来减缓这些不良影响。

千年生态系统评估（MA）是由联合国秘书长安南于2001年6月宣布启动的一项为期4年（2001—2005年）的国际合作项目，这是在全球范围内第一个针对生态系统及其服务与人类福祉之间的联系，通过整合各种资源，对各类生态系统进行全面、综合评估的重大项目。依据MA发布的最新成果，主要从3个方面介绍了它的重要成就与贡献：①首次在全球尺度上系统、全面、多尺度地揭示了各类生态系统的现状和变化趋势、未来变化的情景和应采取的对策，其评估结果为改善与生态系统有关的决策制定过程提供了充分的科学依据；②丰富了生态学的内涵，明确提出了生态系统的状况和变化与人类福祉之间的密切联系，将研究“生态系统与人类福祉”作为现阶段生态学研究的核心内容和引领21世纪生态学发展的新方向，从而将生态学的发展推进到了一个新的阶段；③ 阐述了评估生态系统与人类福祉之间相互关系的框架，并建立了多尺度、综合评估它们各个组分之间相互关系的方法。MA的实施虽然取得了巨大成就，但是它所提出的一系列理念、方法和数据仍需不断完善。这些问题的解决，尚需有关学者今后进行长期不懈的努力。

内陆水体（湖泊、水库、沼泽、河流）和河口海洋等底部，广泛且连续分布着沉积物质，在其形成过程中受自然和人类活动影响，具有与污染物有关的环境意义和特征。中国区域差异大，环境问题较为突出，经过近几十年来围绕沉积物环境和污染控制开展的研究，我国相关成果不断涌现。首先介绍了国际上有关沉积物环境的若干里程碑性研究，回顾了前70年我国沉积物研究的发展历程。然后侧重于与人为活动有关的环境污染，分别从沉积物环境和污染控制修复两个方面，总结和归纳了近20年来中国在沉积物水环境中的作用及效应、污染物在沉积物—水界面环境行为与影响因素、沉积物生态风险与质量基准、污染沉积物的原位修复、污染沉积物疏浚及异位处置利用等方面的主要研究进展，评述了其中一些研究成果的联系和差异。最后对我国沉积物环境研究中存在的问题进行了分析，提出关于多学科交叉、复合污染、新兴/非传统污染物、质量基准、治理技术创新等几个亟需和深入开展研究的科学和技术问题，给出了解决的思路和途径，并进行了展望。

近年来，全球环境变化对人类生存影响日益突出，为了加强对陆地—大气—海洋的监测，全球对地观测系统计划（GEOSS）和全球环境与安全监测计划（GMES）等相继被提出。数据同化算法作为连接观测数据与模型模拟预测的关键桥梁也得到了迅速发展，显著标志新的数学研究成果不断被引入数据同化算法中。在国家重大科技基础设施项目“航空遥感系统——地球科学数据处理软件系统”需求背景条件下，梳理遥感数据同化算法的国内外发展现状，明确数据同化算法开发的技术主线和重点内容，稳步推进数据同化算法理论研究和软件开发。

碎屑锆石U-Pb年代学是探寻沉积物物源的重要手段，在沉积学、大地构造学和地貌学等领域应用广泛。从数据获取、分析和比较3个方面综述了碎屑锆石U-Pb年代学研究的最新进展。在数据获取方面，从基本原理出发阐述了样品制备方法、同位素年龄数据选取和测试数量问题；在数据分析方面，对比了概率密度图、核密度估计图和累积年龄分布图的数据可视化方法；在数据比较方面，结合实例分析了定量比较的基本算法和应用优势，包括基于非参数性假设检验（K-S检验）、年龄谱对比（互相关系数）和多维定标法的相似（差异）性量化分析等。最后介绍了3款常用软件，并在数据获取、分析与比较方面分别给出了建议，供以后的研究者参考。

生态系统服务是指人类从自然生态系统中获得的惠益。加强气候变化背景下景观格局与生态系统服务的定量关系研究，在此基础上优化区域土地系统，是提高区域/景观提供生态系统服务能力的重要途径。评述了生态系统服务测量、相互关系和优化管理研究进展和存在的问题。强调生态系统服务物质量准确测量是价值化的基础，约束线方法在刻画生态系统服务相互关系的非线性特征和阈值方面具有较大潜力，应从人与环境耦合系统整体性出发，研发新一代的地球系统模式，在区域尺度上优化生态系统服务，这是实现区域可持续发展的景观可持续科学途径。

可持续生计分析框架是围绕可持续发展而提出的一种新的研究工具，是一种旨在分析社会和物质环境之间多维复杂关系的框架。通过对可持续生计研究中的国外进展的系统阐述和理论总结，较为清晰和全面地把握了可持续生计分析框架的发展轨迹和重要成果，重点阐明了可持续生计分析框架中的脆弱性背景、生计资本、生计战略和生计输出、结构和过程的转变等组分以及它们之间的相互关系，显示出人们如何利用大量的资本、权利和可能的策略去追求某种生计出路的途径。并在此基础上，讨论了可持续生计分析框架在规划确认和设计、规划新的项目和检查评估现有发展活动中的应用;这些研究在扶贫领域具有较强的参照和指导意义。

在气候变化背景下，极端天气事件（暴雨、高温热浪和低温冷害等）发生频次有不同程度增加的趋势，由极端事件造成的气象灾害也呈现增多趋势，因此开展极端天气的预报研究尤为重要。系统性回顾了极端天气预报的主要方法、数值模式集合天气预报发展现状及其在极端天气预报中的应用情况以及集合概率预报的订正方法研究进展。目前，极端天气的预报以动力数值模式方法为主导，即以集合概率预报信息为主要依据的动力预报方法成为当前国际上极端天气业务预报的主流方法。基于数值模式集合预报的极端天气预报应用和依靠概率预报偏差订正来改进极端预报，是当前该领域研究的重要发展方向。在全面回顾的基础上，围绕如何发展有效方法提升极端事件识别和预报水平，进一步提出未来极端天气集合预报发展的几点建议。

尺度转换问题是定量遥感领域基础而重要的科学问题之一。重点针对升尺度转换研究现状，从现象描述、尺度效应产生原因分析、尺度转换方法归纳及尺度转换效果评价4个方面进行细致论述。认为目前的研究主要存在3个问题：①基于离散的多传感器影像进行的反演量尺度转换研究，受到不同传感器间成像参数归一化精度的影响；②反演量物理模型发展有限，基于这些模型的反演量连续空间尺度转换研究仍不成熟；③基于分形理论等数学方法的反演量连续空间尺度转换研究取得了一定的进展，但仍受限于尺度上推理论与技术的发展水平。对于定量遥感升尺度转换研究的发展趋势，做出如下展望：①随着成像参数归一化技术的进步，问题①将得到更有效的处理，这将有助于实际应用问题的解决；②连续空间尺度转换模型构建是升尺度转换研究发展的重要趋势。随着多学科知识的融入，定量遥感反演理论的发展及尺度上推理论与技术的进步，问题②与③亦将得到较好的解决，这将有益于揭示遥感反演量真正意义上的尺度转换规律。

对大气成分准确、及时地监测是掌握大气成分分布特征、研究大气污染成因机制、有效防治大气污染的前提。遥感监测技术在大气成分的观测过程中具有远距离实时观测、快速分析成分多样的大气混合物、无需采样便可获得目标成分的立体时空分布结果等优势。大气成分的遥感监测方法多样，各种仪器优势各异，覆盖了多样的气体和气溶胶的监测范围。根据各仪器距地面高度的差异，遥感平台可划分为地面平台、航空平台和航天平台。遥感技术在大气成分监测领域中应用广泛，已满足了多种观测目的的观测要求。介绍了大气成分的遥感监测方法和平台，并总结了针对不同目的的遥感应用实例，展望了遥感方法在大气成分观测方面的发展方向。

阐述并讨论了近年来海岸侵蚀与管理的相关理论和方法,探讨了我国海岸侵蚀管理现状和发展方向。描述了沙丘、软岩海岸以及淤泥质海岸等的侵蚀机理,指出海岸侵蚀主要由河流入海泥沙减少、海岸工程拦沙、采砂和围垦、相对海平面上升、海岸带生态系统破坏和护岸工程弱化等原因引起,并讨论了海岸侵蚀的危害；根据我国海岸侵蚀特点把海岸侵蚀分成沙质海岸侵蚀、软岩海岸侵蚀、淤泥质海岸侵蚀、生物海岸侵蚀和海岸工程侵蚀5类,提出了海岸侵蚀分类管理的方法。补充发展了我国海岸侵蚀理论,为海岸侵蚀管理利益相关者提供参考。

磷是海洋浮游植物赖以生存的一种必需营养元素。海洋浮游植物对磷的响应，与初级生产力、碳循环以及固氮作用密切相关。总结了浮游植物可利用的磷源：优先吸收溶解无机磷；在寡磷海域，可通过相关酶类协助利用溶解有机磷来抵御无机磷的缺乏。对比了不同种类浮游植物对不同形态磷源利用方式的差异并从浮游植物生理学角度阐述了存在差异的根本原因。探讨了浮游植物对低磷环境的响应机制。近期的研究发现浮游植物细胞表面可以吸附磷，该发现有利于更加准确地衡量浮游植物承受的营养盐限制问题，进一步完善对海洋磷储库及其生物地球化学循环的认识。最后提出了今后需进一步研究的关键科学问题：浮游植物细胞表面吸附磷的机制；对不同结构有机磷化物的利用机理；浮游植物对磷的海洋生物地球化学循环的响应及反馈作用。

超深金刚石及其包裹体是探究深部地幔组成及物理化学环境的重要样本。梳理了超深金刚石中新发现的典型矿物包裹体及其组合，并结合前人高精度原位分析、高温高压合成金刚石实验的研究成果，综述分析了超深金刚石矿物包裹体及其组合指示的深度范围、微量元素与温压条件之间的关系，超深地幔水的赋存矿物相、金属相以及强还原环境新认识，残留的俯冲洋壳可能是深部地幔水的重要储库，超深金刚石及其包裹体对深俯冲及深部碳循环的指示等研究进展。指出我国学者虽然在华北、扬子克拉通金刚石中也发现了指示超深来源的矿物包裹体，在超高压金刚石形成及蛇绿岩型金刚石成因研究方面获得了某些重要进展，但对超深金刚石包裹体的研究仍然有待深入。