气溶胶是影响地气系统能量收支及大气环境变化的关键因子之一，其光学参数的高精度反演一直是大气环境遥感领域的研究热点之一。气溶胶光学被动遥感主要利用其在可见光/近红外波段的散射效应，但该方式大多需要借助太阳散射辐射作为辐射源，在夜间和高纬度冬季（极夜）无法适用。红外高光谱遥感技术可解析气溶胶独特的光谱吸收与散射指纹特征，也是实现气溶胶遥感的手段之一，为传统可见光/近红外反演遥感提供了有力补充。系统阐述了红外高光谱反演气溶胶微物理参数的基本原理，重点对物理机理与探测仪器、辐射传输模型和反演算法等方面的关键技术进行综述。尤其是对已有红外高光谱辐射计的关键参数、红外高光谱正向辐射传输模型的特点以及不同类型反演方法的优缺点进行了探讨分析。基于此，进一步展望了未来研究的发展方向，提出应重点发展高精度、高效率的辐射传输正演模型，深度挖掘红外高光谱数据中的丰富信息以改进反演算法，并积极发展多平台协同探测技术。

中国陆架海作为人类活动深度影响的典型海域，生态环境变化显著，对深化海洋学认知与推动海洋环境保护研究及资源开发具有重要的科学意义和实践价值。近年来，随着人类活动的加剧，该海域营养盐水平和结构发生了显著变化，赤潮（有害藻华）发生的特征和优势种群呈现出新的演变态势。系统综述了中国陆架海营养盐水平和结构变化与赤潮发生的研究进展，深入剖析了当前生态环境存在的主要问题，并对未来发展方向进行了展望。研究发现，中国陆架海的海洋生态环境演变呈现以下特征：磷的限制性和有机氮磷的作用日益凸显，出现赤潮优势种由硅藻向甲藻转变，以及在某些海域赤潮与绿潮并发的趋势。这一演变过程既受到陆源输入持续变化的驱动，也受到海洋生态系统自身调节机制的影响，是营养盐水平和结构变化长期累积作用的结果。值得注意的是，陆源营养盐管理与陆架海赤潮发生频率之间存在明显的时滞效应，其增加了治理效果评估的难度，也对生态风险临界点或阈值的科学设定提出了挑战。尽管中国在营养盐水平和结构演变与赤潮风险研究领域已取得了显著进展，但仍面临诸多挑战，特别是长期系统的观测数据积累不足、研究领域的广度和深度有待拓展、陆海相互作用机制尚未完全阐明。未来研究应着重深化陆海耦合过程研究，完善海洋环境监测网络，提升数据处理水平和技术创新能力，特别是明确氮磷管理的阈值和“测—溯—算—治（治理）”的系统策略，从而推动中国陆架海洋环境研究向更高水平发展。

通过回顾国际综合风险防范研究15年的发展历程，总结了所取得的主要研究成果，并对未来主要方向进行了展望。国际综合风险防范研究的最初5年（2010—2014年），是在全球环境变化人类因素计划下组织开展的全球综合风险防范研究，包含6个主要研究方向：社会—生态系统、风险转入与转出机制、预警系统、模型和模拟、巨灾案例对比以及巨灾防御范式。近10年的国际综合风险防范研究，在国际科学理事会与联合国系统机构（联合国教科文组织、联合国环境署、联合国大学）等共同发起并主导的“未来地球计划”下持续开展，主要研究方向为：自然灾害和先进技术风险、沿海地区气候变化风险、城市化和农业风险、金融和全球系统性风险以及绿色增长和综合风险管理。国际综合风险防范研究的主要研究成果包括：综合减灾与风险防御范式—凝聚力模式、《中国自然灾害系列地图集》的编制、世界自然灾害系列地图集的编制、全球复合链生灾害与巨灾风险快速评估综合研究、全球环境风险治理范式的构建以及地球环境风险防控的系统分析等。结合国际综合风险防范研究15年的发展研究，对照全球政治、经济、社会、环境和技术的发展趋势，提出未来综合风险防范研究应立足“面向未来地球与世界”，围绕应对全球气候变化、减轻灾害风险和推动可持续发展“三位一体”目标，聚焦地球与世界系统性风险的防控。建议在国际综合风险防范研究的成功经验和现有工作基础上，尽快设立世界综合灾害风险防范国际科学计划，这对于保障人类命运共同体的安全与可持续发展至关重要。

海洋中尺度涡携带了海洋上层超过90%的动能，是调控物质和能量输送的关键动力过程。南海作为西北太平洋最大的半封闭边缘海，是中尺度涡的高发区，其生消动力过程复杂，长期以来一直是物理海洋学研究的重点。通过对国内外相关文献的综合分析，发现对南海中尺度涡三维结构的认识较为清晰，生成机制主要包括局地风应力、吕宋海峡黑潮入侵、太平洋Rossby波西传或多种因素共同作用，而其耗散主要由传播过程中的失稳或与内波发生相互作用导致；现有主流数值模式、资料同化和人工智能技术虽然具有重构和预报中尺度涡的能力，但准确度仍有待进一步提高，相关研究成果可为南海中尺度涡动力过程的深入理解与业务化预报技巧的提升提供系统性参考。建议未来中尺度涡研究应聚焦于多技术融合的协同优化路径，将中尺度涡动力理论、先进的海洋数值模式、资料同化、大数据和人工智能等技术进行有机结合，以进一步提升中尺度涡旋的预报精度。

在全球变暖加速激活极地冰冻圈临界点的背景下，由于观测稀疏、模型局限和认知不足等限制，在理解极地冰冻圈演变状态及预测其趋势时面临巨大挑战。人工智能成为高效挖掘海量极地数据、弥补认知鸿沟的强大工具。中国极地冰冻圈人工智能研究虽起步较晚但发展迅速，在数据驱动建模、特征自动提取以及多源融合等方面展现出巨大潜力，近年来在以下方向取得了重要进展：①海冰预测：开发纯数据驱动深度学习模型（如SICNet和SIPNet），显著提升周至季节尺度海冰密集度预报能力，部分超越传统模型；发展多种方法（如改进U-Net和PMDRnet等）用于海冰类型识别、水道提取及影像分辨率提升。②冰盖水文：应用随机森林（RF）和神经网络（BP）估算冰盖融化和识别表面湖；创新运用改进U-Net高精度自动提取冰盖/冰架水体，克服传统方法的局限。③冰下系统：提出基于变分自编码与无监督聚类的新方法，实现对冰雷达观测数据中冰下湖体的自动识别。④冰裂隙识别：应用改进U-Net及变体（如ResUNet）从合成孔径雷达/光学影像中自动提取冰架裂隙特征。⑤冰层结构与地形：探索深度学习（如EisNet）自动提取冰雷达内部等时层与基岩界面，致力于解决训练标签的人工依赖瓶颈。⑥其他应用：冰盖质量平衡重建（SVM/BPNN）、辐射平衡数据集（RF）、气温反演（RF/DNN）、冰底通道识别、冰川地震分类和GPS插补等。考虑到当前仍面临模型可解释性和物理机制融合不足、标注数据稀缺以及区域泛化能力有限等问题，未来需深化物理约束人工智能模型、发展多模态学习、提升鲁棒性与可解释性，并加强国际合作与数据共享，以精准刻画极地变化，服务全球气候应对与风险评估。

陆面是地球系统的重要组成部分。陆面通过能量、水分和碳氮循环等过程，与大气相互耦合和相互作用，对天气和气候系统产生重要影响。陆面过程的数值模拟和预报研究是当前国际学术界的热点之一。然而，目前陆面过程的数值模拟和预报研究仍存在较大的不确定性。评估目前陆面过程的数值模拟和预报的不确定性程度，探寻其不确定性来源，并研究减少这种不确定性的方法和途径，均属于陆面过程可预报性的研究范畴。从气候变化和模式物理过程角度，回顾了目前陆面过程可预报性研究的3个问题：一是气候变化和模式物理过程不确定性，对陆面过程数值模拟和预测不确定性的影响程度；二是导致上述不确定性的关键物理过程；三是如何利用目标观测和集合预报提高陆面过程的数值模拟能力和预测技巧。最后，针对如何提高陆面过程的数值模拟能力和预测技巧进行了展望，包括如何对敏感的物理参数进行加强观测，以及集合预报技术的进一步拓展。

雪面雨洪水致灾机理及演变规律是当今水文学中“最需要解决的”“23个主要待解决的关键科学问题之一”，也是国家防灾减灾的基本需求。在总结雪面雨洪水基本特点的基础上，分析了雪面雨洪水的研究进展及发展动态，发现当前雪面雨洪水界定尚停留在“潜在雪面雨洪水”阶段，且阈值不一，致灾机理不明，导致对洪水演变规律认识不清，缺乏模拟和预报模型，难以精确开展洪水预警及风险防控，亟须提出“真实”雪面雨洪水界定方法，揭示致灾机理，构建模拟及预报模型，在复演典型雪面雨洪灾事件及预报应用示范的基础上，明确区域/流域雪面雨洪水的演变规律、未来可能变化及潜在风险等。

冰椎不仅是高寒冻土区特有的一种水文地貌景观，通过在冬季冻结并储存大量基流而形成固体水库，还为冷生鱼类等提供越冬地，其形成与演化也会对冻土区的道路、桥梁、隧道和涵洞等构筑物的安全运营产生影响。实地勘查与遥感观测均揭示，冰椎在全球变暖背景下正经历以面积萎缩、融化提前和多年生冰体破碎化等为表征的退化，但关于其形成与演化机制及其对高寒冻土区生态水文过程的影响尚不明晰。通过整合相关文献，系统回顾了冰椎的分布与影响因素、从野外勘查到遥感技术与地球物理探测相结合的研究方法的演进及其水文、生态与灾害效应，并对未来研究方向进行了展望。当前河冰椎研究的重点正从北极亚北极宽阔河道向地形复杂的高亚洲等研究薄弱区拓展，未来应融合多源数据与人工智能技术，加强对其从平面分布到三维冰体特征的定量反演与动态预测，通过深化认识其形成与演化机制，发展适用于寒区水资源管理和灾害防治的预测模型，量化冰椎退化对冻土地貌和水文生态系统的影响，以促进高寒冻土区可持续发展。

青藏高原热动力强迫作用对亚洲夏季风的形成和变化具有重要影响。然而，由于观测和数值模式本身的局限性，关于青藏高原动力和热力作用影响季风形成的相对重要性仍存在争议。针对相关理论和数值模拟问题，提出了基于位涡理论的青藏高原地表位涡强迫概念，并揭示了其与亚洲夏季风的关系。针对上述研究开展了回顾和总结，发现青藏高原动力、热力强迫影响的相对重要性与试验设计和模式模拟性能本身具有密切联系；青藏高原地表位涡指数可以作为衡量其相对重要性的一个指标；相比于感热通量，表面位涡能够更好地表征夏季高原表面的强迫作用，并可以作为量化指标评估不同数值模拟方案中高原表面强迫的强度和对季风降水的影响；从气候尺度而言，高原表面加热是导致夏季风在陆地上形成的主要因素；而从延伸期预测的角度，高原上空的热力和动力扰动时空尺度如何调控天气尺度波是影响下游降水预测的关键因子。相关理论和数值模拟研究可为进一步深化青藏高原气候动力学的认识提供参考。未来需要加强高原观测，并推动模式物理过程的发展，以进一步提高青藏高原气候数值模拟和预测水平。

2022年夏季长江流域经历了前所未有的高温热浪，引发科学界的广泛关注。受长达1个多月的破纪录高温与干旱影响，此次极端事件对人类、经济和环境造成了严重损害，加剧了粮食不安全的状况，阻碍了可持续发展。全面认识2022年夏季长江流域极端高温，对于理解全球变暖背景下极端事件变化的原因，认识人类活动和自然变率的影响，以及评估可能面临的气候风险都具有重要的科学意义。首先回顾了2022年夏季长江流域极端高温的主要特征、形成机制和原因，以及近3年来对此次极端高温事件的研究进展，发现2022年夏季长江流域高温是一次罕见的极端热事件，该事件主要是由西太平洋副热带高压和南亚高压等环流异常，“三重”La Niña（连续3年发生的La Niña事件）、大西洋和印度洋等海温强迫，以及土壤湿度—气温等陆气反馈等综合作用造成。除了自然变率的贡献，人类活动也是造成此次事件的主要因素。随着全球变暖，此类极端高温事件将会成为常态。最后，讨论了极端高温相关的研究要点、存在问题以及未来可能的发展方向。

我国西北地区是全球典型的干旱气候区，社会发展受到水资源的严重约束，但当前对该地区空中云水资源的开发利用却明显不足，研究该地区云水资源的时空变化特征及云降水过程，对于提高该地区云水资源开发利用技术水平具有重要的现实意义。为此，国家自然科学基金区域创新发展联合基金资助的“西北地区空中云水资源多尺度变化特征与云降水过程研究”课题针对此问题开展了深入研究。在分析了西北地区云水资源开发利用重要性的基础上，从多大气环流系统的协同影响、云降水宏微观物理过程的复杂性、沙尘性气溶胶的特殊活化作用、高原边坡地形和大型山脉的特殊作用以及西北地区气候暖湿化对云水资源影响等多个方面深入讨论了西北地区云水资源形成和云降水转化机制的科学问题，并探讨了野外观测试验对解决上述科学问题的重要支撑作用。在此基础上，提出未来应重点关注多尺度环流对西北地区云水资源的协同影响、云水资源对气候暖湿化的响应特征、高山云系的微物理特征、沙尘气溶胶的活化成云特性、云—雨转化机制以及云微物理参数化的发展优化6个重点研究方向，旨在为未来开展西北地区空中云水资源特征与云降水转化机制研究提供科学指导。

夏季极端高温是我国最主要的气象灾害之一，对人们的健康与生命、社会经济的稳定发展以及生态环境的平衡等均造成严重威胁。面向防范和应对高温相关灾害风险的国家重大需求，基于科学新认识张井勇团队自主研发了我国夏季极端高温预测模型系统并开展了实际应用。2018年以来该预测模型系统的实际预测表明，其总体上能够比较准确地预测出我国夏季极端高温的空间分布与异常，展现出稳定而良好的预报效果。2025年5月运用该模型系统开展的预测显示，2025年夏季我国平均高温日数为12.55天，比常年（1991—2020年气候平均态）偏多2.69天，极端高温影响总体明显偏重、灾害风险明显偏高、区域差异性大。长江中下游地区、华南地区、四川盆地、新疆南部、江苏与安徽北部高温日数偏多最为明显。京津平原地区、山东、河南、陕西南部地区、东北少部分地区、甘肃部分地区以及宁夏北部等地极端高温日数明显偏多。最后，针对我国夏季极端高温的防范提出了建议。

病原微生物和传染病监测预警是防范重大公共卫生危机和生物安全风险的重要前提。然而，大气病原微生物传播的监测预警研究十分匮乏，尚未形成系统研究体系。基于公共卫生安全的战略需求，提出了该领域面临的关键科学问题，系统阐释了气候变化背景下大气病原微生物的环境响应机制、大气病原微生物的监测技术以及传染病预测模型的研究进展。进一步提出了未来亟待突破的关键研究领域，主要包括：阐明大气病原微生物的溯源特征、形成机理、环境演变和传播机制；研发大气病原微生物的高精度实时监测技术，建立生物安全监测网络；构建多学科、多尺度、多模型耦合的大气病原微生物与传染病预测预警系统平台。该研究框架将为防范突发公共卫生危机提供科学决策支持，有效提升生物安全治理能力，为构建人类健康共同体提供科学范式。

沙尘天气起沙过程是构成沙尘气溶胶循环的首要环节，定量和完整描述起沙过程是实现沙尘气溶胶准确模拟和预测的基础。起沙过程具有较强的非平稳性和非均匀性，存在间歇性特征，也称间歇性起沙，如何准确刻画间歇性起沙过程是当前沙尘研究中一项前沿科学难题。基于国内外近20年起沙过程的外场观测、风洞试验和数值模拟研究成果，回顾了间歇性起沙观测技术的发展及其发生条件和识别方法，总结了间歇性起沙的通量变化特征及边界层湍流结构和动力热力过程的作用机理，梳理了不同起沙机制条件下起沙参数化方案的发展及间歇性大气边界层和沙尘天气综合过程的表征，并针对目前研究中存在的问题和今后可能的发展方向提出建议：未来亟需开展大气边界层和沙尘天气综合野外观测试验，完善间歇性起沙识别方法，尤其关注湍流热力作用，发展间歇性起沙参数化方案并开展精细校验和评估。

青藏高原超常的气候变暖引起亚洲水塔失衡。亚洲水塔失衡伴随着冰川普遍退缩、冰崩以及冰湖溃决等冰冻圈灾害频发，进而冲毁公路、桥梁和村庄，对下游居民生命财产安全和社会经济发展造成严重影响。在第二次青藏高原综合科学考察中，通过实地考察、遥感监测和台站观测等手段，对亚洲水塔冰湖和冰湖溃决进行了广泛深入的研究。发现2020年时亚洲水塔共发育冰湖14 310个，面积1 148.3 km²，其中西藏自治区冰湖7 312个，面积642.6 km²。1990年以来，亚洲水塔冰湖数量和面积增长均超过20%。评估发现，亚洲水塔有1 256个极高危险和高危险冰湖，其中182个冰湖存在溃决的极高风险或高风险。喜马拉雅山东段和藏东南地区是当前亚洲水塔冰湖最为集中、扩张幅度最大、溃决洪水灾害最为严重的区域，也是溃决风险极高冰湖分布最多的区域，为冰湖研究和灾害防控的重点区域。在未来的冰湖研究和预警防控工作中，需要提高对冰湖溃决风险的精准识别，加强冰湖溃决监测预警体系建设，强化布局冰湖溃决洪水的次生灾害和跨境威胁的应对等。

地下水依赖植被是干旱区生态系统的重要组成部分，在维持区域生态平衡和支撑生物多样性方面发挥着至关重要的作用，其生态功能高度依赖于地下水特性及其分布。地下水依赖植被的稳定与演变不仅受地下水位及其变化幅度影响，而且与地下水水质密切相关。基于地下水依赖植被研究，评述了植被对地下水依赖关系与识别方法、地下水环境对植被的影响、植被对地下水依赖的适应机制以及植被对地下水环境依赖的稳态转换研究，这不仅为干旱区生态保护与恢复提供了理论基础，也为地下水资源合理开发利用提供了科技支撑。未来研究需重点关注：①植物在物种—种群—群落尺度上对地下水环境变化的响应；②气候变化与人类活动对地下水依赖植被的影响；③创新干旱区地下水依赖植被韧性与稳态转换的研究方法；④确定地下水依赖植被稳定的水环境要素优化组合与突变阈值。

内孤立波作为大振幅强非线性内波，不仅在海洋混合、物质输运和生态系统演变中起着关键作用，还对水下航行安全和海洋工程等构成潜在威胁。因此，深入研究内孤立波的生成、传播及其影响对于海洋环境、水下航行安全至关重要。作为全球重要的海上贸易交通要道，南海（吕宋海峡）及其周边海上丝绸之路沿线海域，如苏禄海（锡布图海峡）、苏拉威西海、龙目海峡和安达曼海等，存在陡峭的水下海脊以及局地潮流较强，是内孤立波频发的海域。通过对卫星遥感、现场观测、数值模拟及地震海洋学等技术手段在这些海域内孤立波研究中的应用进展进行系统综述，揭示了南海及周边海上丝绸之路沿线内孤立波波动特征、生成机制与传播演变规律的区域差异性，并进一步探讨了未来内孤立波研究中一些亟待解决的科学问题（波—流相互作用、多源地内波相干涉现象）与技术难题（数值预报的优化与智能预报的发展）。

我国自1958年以来开展了大量人工消雾外场试验和研究工作。阐述了陆地雾和海雾的基本特征，梳理了人工消暖雾和冷雾的主要途径与技术方法。我国雾区分布广泛且季节性差异明显，陆地雾多为辐射雾，海雾分布于沿海多雾区域。消暖雾采用加热、动力、热力动力和播撒吸湿颗粒等方法，消冷雾则有播撒碘化银类成冰剂和播撒致冷剂两类方法。研究分析了不同催化方法的适用性和不确定性，为我国外场人工消雾试验、催化作业及未来发展提供思路和参考。

随着海洋大数据的快速积累以及人工智能技术的蓬勃发展，新时代的海洋智能预报正展示出更高的精度和轻量化的优势。海洋数据的类型可以根据观测方式划分为点观测数据和场观测数据，这些数据为海洋预报提供了基础支撑。结合海洋动力过程和现象的特点，海洋预报方法可分为3种主要类型：点到点预报、场到点预报和场到场预报。这些预报方式不仅涵盖了多种海洋现象，还适应不同的预报需求。通过案例分析，具体介绍：点到点的海洋内孤立波预报，实现了数据驱动的轻量化快速预报，通过耦合物理特征实现区域预报向全球海域预报的扩展；场到点的厄尔尼诺—南方涛动预报，通过更有效地提取和融合时间和空间信息，提高了厄尔尼诺—南方涛动预测精度，并开展了可解释性分析研究；场到场的中尺度涡旋和海冰等现象的智能预报，通过引入多模态融合方法，实现更精确、更稳定的多参数预报。最后，展望在大数据背景下的海洋智能预报发展方向，通过加强数据驱动方法与物理机制的结合，有望提高预报的精准度和实时性，为海洋环境监测、灾害预警及海洋资源的可持续利用提供技术支持。

非洲撒哈拉沙漠作为世界最大的沙漠地区，排放的沙尘占全球沙尘总量的50%~60%，对区域乃至全球气候、环境和生态系统均有重要影响。长期以来，国内外学者研究发现撒哈拉沙尘存在2条主要传输路径：向西跨越北大西洋抵达北美，或向北传输至欧洲大陆。近年来，部分研究发现撒哈拉沙尘还可横跨中东、中亚向东远距离（近10 000 km）跨境输送至东亚地区，这是撒哈拉沙尘的第3条传输路径。因此，主要总结了国内外对撒哈拉沙尘传输至东亚的规律及其影响的研究进展，包括撒哈拉沙尘理化特性、起沙机制、传输机理及气候环境效应等方面；未来需加强研究全球变暖下撒哈拉沙尘跨境东传机制及其气候环境生态效应。

基于“正排放时期—净零时期—净负时期”的划分方法，建立了面向碳中和的气候变化预估与风险研究新框架。聚焦“一带一路”主要区域，系统开展了SSP1-1.9和SSP1-2.6两种可持续发展路径情景下面向碳中和的未来平均与极端气候变化预估以及灾害风险研究。在全球碳中和时期，预计“一带一路”主要区域平均与极端气候变化将呈现新特征、新格局，气候灾害风险将出现新变化。建立的新框架为气候变化未来预估与灾害风险评估提供了新方案，建议正在启动与开展的联合国政府间气候变化专门委员会第七次气候变化评估报告及将来的气候变化评估报告纳入面向碳中和的气候变化评估作为其重要组成部分，为人类社会共同应对气候变化和实现可持续发展提供新认识。最后，讨论了人工智能技术在未来气候变化预估与风险评估中的应用。

短时强降水是我国最主要的强对流灾害天气之一，易造成城市内涝和山洪、泥石流以及滑坡等次生地质灾害。回顾了近年来我国短时强降水的主要研究进展，并简要对比了美国和欧洲的相关研究成果，涵盖了短时强降水的时空分布特征、大气环流形势和环境条件、雷达回波特征和雨滴谱特征以及地形和城市化对短时强降水的影响及其机制；总结了人工智能在我国短时强降水潜势预报和短时临近预报中的应用。随着全球变暖，短时强降水频次和强度都呈增加趋势，今后需要进一步研究其形成机制和环境条件，提升观测时空分辨率，加强新型观测资料应用，通过融合分析多源且稠密的观测资料，提升高分辨率的快速更新循环同化数值模式预报能力，改进和发展深度学习预报模型和算法，尤其是研发深度学习大模型来提升短时强降水的预报预警能力。

雷暴大风是预报难度较大的强对流天气之一，为了提高对雷暴大风形成机理的认识和预报准确率，对国内外雷暴大风和相关对流系统的形成机理与预报方法的重要成果进行了回顾。简要介绍了世界上雷暴大风的时空分布特征，中国的雷暴大风主要发生在东部地区，华北北部、东北中南部和广东为高发区。概述了产生雷暴大风的母对流系统的组织类型、结构特征以及雷暴大风的形成机制：飑线和弓状回波是产生雷暴大风的主要对流系统之一，且容易产生强雷暴大风；飑线或者弓状回波中的后向入流、γ-中尺度涡旋等系统是产生地面大风的重要结构特征。总结了雷暴大风发生的大气环境条件和预报方法：大气环境的有关热力和动力因子都会影响雷暴大风的产生和强度，但对流活动的强度主要依赖于对流有效位能和垂直风切变的共变关系；数值预报、基于物理理解的方法（配料法）和深度学习/机器学习方法是目前在雷暴大风的短临、短期预报业务中采用的主要方法。最后指出针对我国雷暴大风，在精细的时空分布特征、不同大气环境条件下形成机理和预报方法等方面仍有待进一步研究。

人类所面临的水资源问题已从起初的局部水资源供给的局域性问题，扩展到目前保护生态系统、应对全球变化、维持地球系统稳定等区域性和全球性问题。水资源开发和土地利用等经济活动与气候变化通过水流再分配、远程耦合和虚拟水流动等机制作用于水循环过程，人类活动对水循环的作用已经超出了流域尺度，成为区域尺度、大陆尺度和全球尺度水循环变化的主要驱动力。行星边界方法评估结果表明，全球蓝水和绿水开发已经接近或超过水行星边界，其引发的地球系统风险正在上升。但是，现行的水资源治理仍停留在以流域为单元、以水为中心的管理方式，越来越难以适应当前水问题的复杂性，水资源治理理念与方式亟需根本性转变。水资源治理既要考虑满足经济社会发展不断增长的用水需要，又要考虑水循环在维持生物圈和地球系统稳定运行中的作用和功能，还要顾及不同国家或地区能够公平地分享由水循环所提供或维持的公共服务。水循环系统韧性以及共有水资源经济学等理念突破了对水循环的传统认识，揭示了水循环在地球系统中的功能性和人类活动影响的跨尺度性的内在特征，正在成为引导水资源治理转型的思维方法。未来水资源治理可能会向着3个方向转型：从蓝水管理转向蓝水绿水管理，从水资源综合管理转向水土资源与生态系统综合管理，从流域综合管理转向多空间尺度综合管理。不同领域学者合作加强水循环基础理论、管控政策和管理机制研究，对于促进水资源治理转型至关重要。

航空业排放和气候变暖是国际社会共同关注的热点问题。航空业通过温室气体排放和高空颗粒物的排放加剧了气候变暖，而气候变暖导致的飞行条件的变化和极端天气也反过来影响了航空业的运营和安全，二者相互作用，形成了复杂的影响循环，对这一领域的研究不仅关乎气候变暖与航空业之间的协调与适应，还具有重要的科学意义。通过大量文献调研探讨了航空业与气候变暖之间相互关系的研究进展和动态，主要包括航空业产生的CO₂和非CO₂排放物对全球气候变暖的贡献以及气候变暖对航空业造成影响（如湍流变化、飞行时间变化、飞机性能下降和极端事件频率增加等）的现象和机制，并对未来的研究进行了展望。通过对这种相互关系的深入理解，有助于推动航空业的可持续发展，并为应对全球气候挑战提供科学依据。

近年来以快速暴发为主要特征的骤发干旱（骤旱）在全球范围内频繁发生，给社会经济和生态环境造成了严重影响。通过回顾骤旱形成与演变机制的研究进展，发现骤旱形成的主要原因是高强度降水亏缺，而蒸散发增加使得干旱暴发加速，进而触发骤旱。这些气象要素异常与海温异常模态（如厄尔尼诺—南方涛动、北大西洋三极子、印度洋偶极子等）及其相关的大气环流异常密切相关，同时局地和非局地陆面异常在骤旱暴发与维持过程中的作用也不容忽视。加之气候和下垫面变化协同影响海—陆—气耦合过程，使得骤旱发生发展过程更为复杂，演变趋势存在较大不确定性。因此，未来研究亟须在骤旱暴发与维持的大尺度环流背景以及关键陆面和海洋信号的影响、骤旱—植被相互作用、骤旱演变对环境变化的响应机制等方面取得突破。

地球系统科学是地球科学的转型，为了研究如何将地球科学的转型与中国科学的转型相结合，国家自然科学基金委员会和中国科学院联合开展了相关研究，并出版了《中国地球系统科学2035发展战略》报告，旨在寻找中国地球系统科学突破的重点。提出了3个可能成为突破口的研究方向：\mathrm{①}海洋碳泵的重新认识，\mathrm{②}水循环及其轨道驱动，\mathrm{③}东亚—西太平洋地区的海陆衔接。这些研究方向体现了我国自然环境的特色和已有的科学积累，有望促进中国学派的形成。

近20年来土壤团聚体的研究逐渐成为土壤学研究的主要方向，其理论和方法不断推陈出新。通过回顾土壤团聚体形成发育的基本理论沿革，梳理了土壤团聚体粒径分组、组分分析和结构表征的技术沿革，讨论和归纳了土壤团聚体分离制备和生物物理结构解剖分析的技术方法，并凝练了对土壤团聚体系统的本质科学认识。得到的主要认识包括：\mathrm{①}土壤团聚体是土壤中矿物质、有机质和生物质相互作用构成的最小微域构造单元，应赋予功能性土壤颗粒的本质地位；\mathrm{②}土壤中不同层级团聚体的不同微域分布格式是土壤异质性和功能多样性的原由；\mathrm{③}土壤团聚体的最终本质是土壤（生物）动态孔隙系统，不同层级团聚体在总孔度、孔径及其堆砌构造上或者说团聚体—孔隙的偶联构造上具有固有的特征；\mathrm{④}主要可从宏团聚体—微团聚体—（未团聚的）粉黏粒3个层级的组合关系来表征土壤团聚体系统，可用“石榴”模式来理解粉黏粒和微团聚体进一步发育为宏团聚体；\mathrm{⑤}在团聚体分离制备方法中，尽管干筛法和润筛法对于干土样本应用较多，但湿筛法制备的样品更接近于团聚体的自然形成和稳定；\mathrm{⑥}计算机断层扫描孔隙微形貌技术提供了刻画团聚体孔隙系统并与土壤生命过程和生态系统服务相联系的定量化和可视化技术途径。未来需要通过广泛国际合作发展全球土壤团聚体系统的定量化解剖、功能化分析和可视化呈现的通用方法和实验室操作规范，以便从团聚体系统层面解构土壤复杂系统，特别是生物多样性系统，为开发基于团聚体理论的全球土壤管理政策及技术路径提供科学依据和参考。

热带太平洋—印度洋洋际交换（简称洋际交换）主要通过太平洋—印度洋贯穿流实现，包括印尼贯穿流，不仅是印太洋盆间重要的质量、动量和能量通道，也是太平洋和印度洋之间气候异常信号传播的“海洋信号通道”，还是大西洋深层水体进行表层补偿从而使大洋传送带闭合的关键环节，因此在全球海洋和气候系统中占有重要地位。国内外对洋际交换海域环流和气候的研究极其重视，自20世纪90年代以来，来自不同国家的学者开始开展观测研究。我国学者2007年起在洋际交换的主要海峡通道、源区及出流海域开展现场观测，成为国际上洋际交换观测的主要力量。以国内外学者基于这些观测资料取得的科学认识为主线，围绕洋际交换的多尺度变化、跨尺度和跨海盆相互作用，以及对太平洋和印度洋主要气候模态的调制作用4个方面，对其研究现状、主要进展以及亟待解决的关键科学问题进行梳理，同时，对未来5~10年的攻关重点与目标进行了展望。

综述了陆—气相互作用在观测、机制和模型方面的最新进展，指出现有陆—气相互作用观测研究没有同时考虑陆面生理生态与大气边界层变化对陆—气通量的影响，制约了陆面过程参数化或参数的卫星遥感反演以及陆面过程模式的业务应用。从全面认识陆—气相互作用与陆面过程模式发展出发，指出未来需进一步强化陆面生理生态与大气边界层变化对陆—气相互作用的影响研究以及陆面过程模式的业务应用研究，并提出了拟关注的重点任务：\mathrm{①}陆—气相互作用的跨界面立体观测；\mathrm{②}多源数据在跨界面陆—气相互作用中的应用；\mathrm{③}陆面过程模式发展与业务应用。

岛弧模型和地幔柱的海底高原模型是大陆起源的两个主流模型。相较于岛弧模型，地幔柱模型能更好地解释太古宙大陆的特征，但在解释太古宙陆壳源区富水这一关键特征时遇到了困难。最近提出的水诱导的地幔反转模型较好地解决了这个问题，同时还能解释太古宙多个令人困惑的现象。该模型指出，在地幔发生整体熔融的情况下，岩浆洋在中地幔深度开始结晶，形成外层和基底两个岩浆洋。由于下地幔矿物含水能力低，随着岩浆的结晶，最初含一定量水的基底岩浆洋将逐渐富水。水降低基底岩浆洋的密度。当水富集到一定程度时，基底岩浆洋的密度将不再高于上覆地幔，从而导致重力失稳，形成地幔反转。这种反转将水带到地球浅部，促进了大陆和克拉通岩石圈地幔等的形成。因此，太古宙大陆是基底岩浆洋演化的产物。当地幔反转耗尽基底岩浆洋后，太古宙型的大陆不再形成。太古宙末期对应着大陆形成机制的转变期，水诱导的地幔反转可以自然地解释为什么太古宙前后的大陆具有完全不同的特性。类似的，水诱导的地幔反转还可以解释其他多个长期困扰的现象，如：为什么几乎没有冥古宙的大陆，为什么太古宙的镁铁质岩石的源区具有原始地幔的组分且在整个太古宙几乎不变，为什么内太阳系只有地球具有大陆等。形成全地幔岩浆洋和岩浆洋含水是水诱导的地幔反转的2个前提。由于大撞击在全地幔岩浆洋形成中扮演了关键角色，月球远比我们想象的重要。

海平面上升直接改变河口感潮沼泽的水文和盐度特征，是河口感潮沼泽面临的主要环境问题之一。总结了海平面上升对河口感潮沼泽碳动态影响的研究方法和实验平台，分别从海平面上升引发的盐水入侵和水淹增加2个方面综述海平面上升对河口感潮沼泽CH₄和CO₂排放通量、产生速率和土壤有机碳厌氧矿化途径等方面的影响及其机制。盐水入侵显著降低河口感潮淡水沼泽CH₄产生速率和排放通量，导致土壤有机碳厌氧矿化途径从CH₄产生为主向硫酸盐异化还原为主转变，然而盐水入侵对CO₂排放通量的影响具有不确定性。水淹增加对河口感潮沼泽CH₄和CO₂排放通量影响的报道相对较少，已有研究表明CO₂排放通量随着水淹高度增加而降低。最后提出海平面上升对河口感潮沼泽碳动态影响研究应加强的领域，以期为海平面上升对河口感潮沼泽含碳温室气体动态的影响研究提供参考。

随着计算能力的不断提高，数值天气预报模式的水平网格分辨率已经达到公里—次公里量级，这一网格尺度与对流边界层中的湍流特征尺度相当，数值模式可以对有组织对流结构进行解析计算。传统的一维边界层参数化方案（适用于几公里或更粗水平分辨率）和大涡模拟三维湍流闭合方案（适用于几十米以下水平分辨率）的假设条件在这一尺度上均不成立，称为对流边界层的灰区尺度。在讨论传统参数化方法的适用性和局限性的基础上，从理论、方案方法和影响3个方面介绍了对流边界层灰区尺度的研究进展，总结了近20年来国内外发展的各对流边界层灰区尺度模拟方法的特点，探讨了该尺度上边界层过程对数值模式中其他物理过程（如浅/深对流等）的影响，最后展望了未来可能的研究方向和思路。

国际地层委员会人类世工作组决议人类世应由全球界线层型剖面和点位（“金钉子”）定义为一个正式的地质年代单位。20世纪中叶以来人类活动突变式增强，改变了原有的地球演化速率和方向，对地球环境造成极为显著的影响，并在地质记录中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化学和生物印记，为识别这一年代地层单位的底界提供了最佳选择。当前，全球共有12个人类世“金钉子”候选剖面和点位参评。与此同时，中国学者在人类活动代用指标体系构建、人类世候选“金钉子”研究与国际对比方面取得了突出进展，发现人工放射性核素、微塑料、δ¹³C、δ¹⁵N和硅藻等均可作为人类活动理想的标志物，且远离城市和人类活动影响的中国四海龙湾玛珥湖沉积物剖面对全球信号敏感，^239，240Pu浓度于1953年快速增加，多环芳烃、¹²⁹I、烟炱¹⁴C、碳球粒、DNA、δ¹³C和重金属等指标在1953年前后均存在系统性变化，因此提出1953年作为人类世底界。中国四海龙湾湖沉积物剖面与日本别府海湾沉积物剖面被人类世工作组提议作为人类世“金钉子”辅助剖面。未来人类世科学研究的最终目标应是在阐明人类活动对地球系统影响的基础上，深化人地系统耦合与适应的可持续发展理论和技术创新。

氧化亚氮（N₂O）是一种重要的温室气体，对臭氧层具有破坏作用。在微藻培养过程中以及富营养化湖泊等以微藻为基础的生态系统中，已经观察到N₂O的排放。然而，对于藻类中N₂O收支平衡的重要作用以及潜在的藻类N₂O产生途径却鲜有报道。综述了近年来藻类排放和吸收N₂O的相关研究，主要内容包括藻类与N₂O关系研究的发展历程、N₂O在藻类体内产生和消耗的几种可能途径、藻类微环境对N₂O分布格局的影响及其潜在的对全球气候变化的影响。鉴于政府间气候变化专门委员会目前没有考虑藻类水华或藻类养殖期间可能产生N₂O排放，呼吁在全球范围内加强藻类N₂O生产相关的实验研究，为全面理清藻类在N₂O排放和吸收中的重要作用，全面评估水生生态系统温室气体排放提供支撑。

气候变暖背景下，全球气候系统各圈层发生了复杂的响应和反馈。作为气候系统重要组成部分的陆地表面是地气水热交换、地球化学要素传输、水文过程产生和植被生长的界面，受气候变化影响显著。气候变化不仅直接影响水文过程，还可以通过影响植被的结构和生理特征，间接影响水文过程。陆面模式是研究气候变化影响和反馈的主要工具。全球描述陆气界面物质和能量交换过程的模式主要有3类：全球陆面过程模式、全球水文模式和全球动态植被模式。3种模式针对不同的科学问题，各有其侧重点，之间的差异较大。从20世纪90年代开始至今的许多陆面模式比较计划不断指出模式的不足及其原因，从而促进了陆面模式的不断发展。然而陆面模式依然存在很多不足，有待进一步提高和发展。如目前的水文模式普遍缺乏动态植被过程，无法准确模拟和预测长期气候变化导致的植被变化对水文过程的影响，累及极端水文事件的模拟和未来水资源的预估。水文过程模型耦合动态植被过程是水文学研究的前沿领域。作为亚洲水塔的青藏高原气候变化显著，冰冻圈要素不仅包括冰川、积雪和冻土退缩，而且植被生长趋好、变绿。因此，在青藏高原气候变化对水文过程的影响研究中，更应考虑气候变化导致的植被变化的水文效应。此外，陆面模式对青藏高原土壤结构内部的水热交换过程描述不足。为进一步提高陆面模式在青藏高原的模拟能力，今后需加强对青藏高原土壤质地观测和数据搜集整理，以及对土壤冻融阶段的水热物理过程的观测，提高对过程和机理的认识，并将有关的认识体现在陆面模式中。

臭氧是地球大气中最重要的痕量气体之一，在气候变化和生态环境中均扮演着至关重要的角色。对流层臭氧作为光化学烟雾的重要成分之一，其浓度变化与人类活动息息相关。基于卫星遥感技术监测对流层臭氧浓度可以帮助我们更好地发现和定量解释对流层臭氧在不同季节、不同时刻以及不同区域的变化特征，探讨臭氧在对流层中的成因机制。随着卫星遥感技术的全面发展，臭氧遥感产品（例如臭氧总量、廓线等）无论在产品精度或是时空分辨率方面均取得了显著进步，然而，由于受较弱卫星信号与复杂下垫面的影响，对流层臭氧遥感产品精度仍无法满足目前对流层大气成分的精细化科学应用研究。主要围绕对流层臭氧卫星遥感，回顾和分析了臭氧卫星遥感载荷的发展历程和现状，结果表明国内外已基于不同谱段（紫外—可见光、热红外和太赫兹）实现了全球及区域臭氧的时空分布探测；讨论了基于不同技术遥感反演算法（直接与间接反演、多波段联合反演、天底—临边协同反演、基于机器学习技术的创新算法等）的特点及适用性，分析表明算法精度的提升包括从复杂大气背景下的辐射传输模拟、基于地面观测的先验信息优化以及仪器定标与信噪比等多方面的工作；展望了卫星遥感在全球和区域尺度提供可靠对流层臭氧观测数据的应用前景，为对流层臭氧污染的形成机理、人类活动与气候变化如何影响对流层臭氧浓度变化等方面的研究提供关键数据支撑。

水土资源匹配往往直接影响着各个地区的粮食生产状况，是经济社会高质量发展和农业生产现代化的基础。以黄河流经的9个省区［以下简称“沿黄九省（区）”］为例，基于自然本底和用水总量控制状况的可利用水资源、耕地资源总量以及灌溉耕地资源量4个要素耦合构建了水—耕地—粮食三元协同关系模型，探析了2010—2020年沿黄九省（区）“省—市”尺度水土资源匹配的时空演变特征及各影响要素的贡献度。结果表明：\mathrm{①}沿黄九省（区）基于自然本底的二元水土资源匹配程度在不断提高，水土资源匹配格局相对稳定但区域差异明显，表现为“西高东低”；\mathrm{②}从自然本底状况的耕地总量和灌溉耕地量来看，沿黄九省（区）水—耕地—粮食三元协同匹配格局大致呈现3种情况：西部和东北部为重度缺水地区，北部和中北部地区也存在不同程度的缺水，中部和中东部地区呈现多元化分布格局；从用水总量控制状况来看，耕地总量与灌溉耕地下的三元协同匹配格局存在较大差异。\mathrm{③}不同情景下，水资源贡献率平均超过50%，灌溉水有效利用系数和灌溉定额贡献率总和超过30%，表明提高水资源有效利用率、设定合理的灌溉定额对水土资源匹配程度有举足轻重的影响。研究结果有助于增加对水资源开发利用、耕地生产能力和开垦程度以及粮食产量的相互依存、相互制约等纽带关系的认知。

定量评估可持续发展目标（Sustainable Development Goals， SDGs）的进展和指标间复杂的相互作用对于监测SDGs的实现进度以及指导政策制定和实施至关重要。以国家可持续发展议程创新示范区（临沧市）为研究区，基于统计、遥感和监测等地球大数据，在SDGs全球指标框架的基础上，通过实地调研，结合临沧市地域特色和数据获取情况，选取70个SDGs指标构建了评估边疆多民族欠发达地区SDGs进程的指标体系。在此基础上，计算了2015—2020年临沧市16个SDGs得分值和可持续发展综合指数，评价了临沧市SDGs进展状况，提出了临沧市可持续发展面临的关键挑战及解决对策。研究表明，2015—2020年临沧市SDG 6、SDG 7和SDG 13基本保持较高的得分值，其余目标和可持续发展综合指数均呈现增大趋势。在SDGs发展进程方面，16个目标均具有较好的发展进程，SDG 5年均增长率最大，SDG 13基本保持不变；此外，有81%的SDGs指标具有较好的发展进程。该研究可为其他典型示范区推进可持续发展建设提供参考，为推进中国乃至全球欠发达山区可持续发展提供良好借鉴。

降水日循环是气候系统中多种动力和热力过程共同作用的结果，与水循环和陆气相互作用密切相关。在华北地区，降水日循环受到山谷风环流、边界层惯性振荡和海陆风环流等影响，主要表现为凌晨和下午两个峰值。同时，人为排放导致的较高的气溶胶浓度也对降水日循环有一定影响。介绍了华北降水日循环的基本特征和影响因素，并总结了近期在华北降水日循环与陆气耦合的联系、华北降水日循环的模式模拟及气溶胶的影响等方面的研究，归纳了已有的科学认知，总结了现有研究的不足和面临的挑战。总之，深入研究降水日循环及其影响因素，可以帮助我们更好地理解降水的形成机制和演变规律，为提高降水精细化预报能力提供科学支撑。