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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

复合极端事件是导致社会或环境风险的多种驱动因子和/或致灾因子的组合，对人类社会和生态系统造成的影响往往比单个极端事件更严重、更具破坏性。首先简要论述了复合极端事件的定义和内涵，包括先决条件事件、多变量事件、时间复合事件以及空间复合事件；然后详细综述了复合极端事件的时空演变特征、复合极端事件变化的影响因素和未来复合极端事件情景预估3个方面的研究进展；最后针对目前研究中面临的问题，提出今后研究关注的重点，包括复合极端事件的变量/指标选取及阈值确定、复合极端事件因子间依赖关系及相互作用、复合极端事件模拟性能评估和未来情景预估以及复合极端事件影响的动态过程及致灾机制。

西北地区是中国西部大开发的主战场和重要的生态环境安全屏障区，该区气候变化直接影响到“一带一路”倡议实施中的水资源、生态和环境安全。在全球气候变化背景下，西北地区气候呈现出明显的“暖湿化”现象并呈东扩发展趋势，极端降水事件趋多趋强。一方面，降水量的增加有利于该地区的水资源可持续利用和生态环境保护；另一方面，极端降水的增加也对区域综合防灾减灾提出了新挑战。针对近年来备受关注的西北地区气候“暖湿化”问题，从其演变特征、形成原因和物理机制以及未来趋势预估等方面进行了总结和评述，归纳了已有的科学共识，并进一步剖析了当前研究中存在的问题和不足，最后对未来科学研究的重点方向进行了展望。对西北地区气候“暖湿化”趋势、成因及未来预估进行系统回顾，将对今后深入研究西北地区气候“暖湿化”问题具有重要的科学指导意义。

以深度学习为核心的数据驱动方法逐步应用于地球科学领域，但这类方法在模型的可解释性和物理一致性等方面还存在挑战。在遥感大数据背景下，如何结合深度学习和数据同化方法，发展陆地水循环过程模拟与预报的新技术和新方法成为地球科学领域的重要研究方向。重点梳理了近年来深度学习在改善陆地水循环要素观测数据质量以及深度学习如何减少物理模型不确定性方面的最新进展，从观测、模型和系统集成3个方面凝练出深度学习融合遥感大数据的陆地水文数据同化研究的关键科学问题： \mathrm{①} 深度学习反演遥感产品时，如何增强样本的时空代表性？ \mathrm{②} 如何发展数据同化框架下物理导引的深度学习新方法？ \mathrm{③} 如何通过“数据—模型”双驱动提升陆地水循环的可预报性？开展相关研究和探索将有助于推动“数据—模型”混合建模方法在水文领域的深入应用，提高陆地水循环过程的模拟和预测能力。

2015—2017年南非西开普省遭受了特大干旱冲击，造成了城市可用水资源的极度短缺，使其首都开普敦市成为人类历史上首个面临“零日”灾难（关闭该城市水龙头的确切时间）威胁的现代城市。但此次灾害的多种致灾因素的交互机理和过程尚不明确，人为供用水管理如何科学应对自然降水变异的模式有待进一步挖掘。因此，通过气象干旱、水文干旱和城市供用水管理3个维度挖掘其中的关键阶段、空间分布和管理效益。结果表明： \mathrm{①} 西开普省2015—2017年气象干旱面积和强度显著增加，且2017年5月干旱情况最为严重。相比于标准化降水指数，标准化降水蒸散指数检测到的干旱更为显著。 \mathrm{②} 西开普省的水文干旱在2017年5月最为严重，这与气象干旱的时空特征规律大体一致，体现出气象—水文干旱迅速传播的特征。标准化径流指数结果与水库储水量变化均反映该地区的水资源缺乏，表明此次干旱事件对严重依赖降雨和水库供水的西开普省产生了显著影响。 \mathrm{③} 西开普省政府针对此次干旱演进过程采取了不同等级的用水限制和管理政策，有效推迟和避免了“零日”灾难，但在政治和经济等方面解决用水不平等的问题还值得商榷和改良。研究表明城市干旱问题涉及气象、水文和供用水多个系统及其相互作用，需要从致灾时空过程角度监测、理解和减缓。

矿冶影响区重金属的迁移和富集造成了严重的土壤重金属污染问题。深入了解矿冶影响区土壤中重金属的来源和迁移途径是开展土壤重金属污染高效治理的科学基础。近年来飞速发展的金属稳定同位素在识别土壤重金属污染来源和明确重金属迁移过程等方面有较大的应用优势。对金属稳定同位素分析技术、示踪原理及溯源模型进行系统分析，综述了矿产开采及冶炼过程（高温冶炼、电化学工艺和尾矿风化）导致的金属稳定同位素分馏研究进展，并总结了金属稳定同位素在矿冶影响区土壤重金属污染源解析的代表性应用成果。V同位素体系处于初期研究阶段，土壤重金属源解析应用研究相对缺乏；Zn、Cd和Hg同位素在识别高温冶炼过程相关的重金属污染源时有较大优势；Cu、Tl和Ni同位素可直接指示土壤中矿石的输入。但是，目前还存在部分金属稳定同位素分析难度大、溯源模型应用限制多、金属同位素易发生分馏导致源不确定等问题。在未来的工作中，需进一步探索和优化金属同位素分析方法，建立更多金属稳定同位素指纹图谱，开发适用性更强、结果更精确的溯源模型，明确复杂界面过程和反应中的金属稳定同位素分馏特征及机理，加强金属稳定同位素在追溯土壤重金属污染形成的时间尺度等方面的实际应用。

碳酸锂供需矛盾日益突出，科学预测未来中国碳酸锂需求量，对碳酸锂生产、进出口计划以及国家能源政策的制定具有重要意义。结合基于灰色关联分析和ARIMA-GM-BP神经网络的组合模型，选取2002—2021年中国人均GDP、产业结构、城镇化率、润滑脂产量、陶瓷产量、玻璃产量、空调产量、锂离子电池产量和新能源汽车产量作为需求情景预测的主要驱动变量，对中国2025—2035年碳酸锂需求进行预测，在此基础上提出了针对性的政策建议。结果表明：所选取的驱动变量与碳酸锂需求具有较高的关联性，且组合模型较单一模型预测精度更高。3种情景下2025年、2030年和2035年预测的碳酸锂需求量均值分别为42万t、69万t和103万t。

湖泊在区域水循环和生态系统演化中起着重要作用。在以往的湖泊演化研究中多利用湖泊沉积物代用指标重建湖泊与气候变化过程，缺乏对湖泊水循环特征的定量研究。基于瞬态气候演变模型、特征时段流域和湖泊水量，以及能量平衡模型，对青藏高原及周边6个典型湖泊进行了水量平衡计算和湖泊演化模拟。结果表明：小柴达木湖和罗布泊全新世期间降水和蒸发的变率较小；色林错和纳木错早中全新世降水和蒸发的变率较大，主要受控于温度和净辐射变化；青海湖和猪野泽早中和中晚全新世降水和蒸发变率接近。系统分析了全新世期间青藏高原不同气候区湖泊水循环要素演化过程，有助于理解该区湖泊演化的古气候学机理。

为落实科学推进实施调水工程的要求，有力提供高质量发展和生态环境保护所需的水安全保障，结合行业标准规范及相关研究成果，概述调水工程主要研究进展。研究表明我国水利工程需水预测易偏大，综合效益评价完整性需加强，生态补偿机制标准尚未建立，后评价跟踪工作不足。今后调水工程应加强生态环境保护及全阶段跟踪评价、落实全成本定价、完善投融资体制、提升信息化智能化管理水平，以支撑我国水资源配置空间均衡及国家水网建设。

黄河上游是黄河流域最重要的水源涵养区及其产流与汇流区，大致贡献了全流域一半以上的产流量，对整个黄河流域生态保护及水资源安全和粮食安全有举足轻重的意义，科学认识黄河上游自然环境要素变化特征，并洞察该区域自然环境要素之间的协调性问题是当前推动黄河流域生态保护和高质量发展的核心问题。在宏观了解全球气候变暖背景下及国家生态保护工程和水资源管理政策实施过程中，黄河上游气候、水文及生态等自然环境要素6个方面重要特征的基础上，认识到黄河上游流域气候、水文、生态之间存在5个方面的非协调性。并且，从自然环境要素的协调性角度，对如何突破黄河上游生态与发展问题的传统思维和认识误区提出了5点探讨，也对怎样构建具有区域特色的生态保护和高质量发展模式给出了6条思考与建议。这对于在推进黄河上游流域生态保护和高质量发展过程中，科学打造气候、水文、生态与人类的和谐发展模式等具有重要的指导意义。

强对流天气系统发展剧烈，常造成严重的暴雨、雷电、大风和冰雹等灾害。对强对流天气的准确预报一直是国际气象领域研究的难点和瓶颈问题，也是大城市防灾减灾关注的重点。强对流预报技术的发展已经从单纯依赖于雷达的图像识别，发展到雷达、卫星、高分辨率数值模式以及人工智能大数据预测融合应用的新阶段。在回顾国际强对流预报技术进展的基础上，介绍了上海气象业务部门近年来攻关研发的雷达自适应组网观测、雷达外推短临预测和数值预报误差机器学习订正等关键新技术及集成建立的上海强对流智能监测预报系统。这些技术成果的业务应用，在城市防灾减灾和精细化治理中已发挥了重要作用，可供相关研究人员参考。

中国与蒙古国均是全球生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的国家。中国和蒙古国生态脆弱区生态环境状况制约着区域生态和社会经济的可持续发展，对中国和蒙古国生态安全至关重要。因此，深入研究中国和蒙古国生态脆弱区生态系统的特征及其对全球变化的响应机理，为区域的生态环境恢复提供科学依据，是我国生态安全的需要。以碳氮循环为切入点，关注中国和蒙古国脆弱生态系统在全球变化背景下的响应，提出并综述了脆弱生态系统碳氮循环过程及耦合机制、全球变化对脆弱生态系统的影响、全球变化背景下脆弱生态系统安全阈值确定及风险评估、脆弱生态系统对全球变化的适应性管理等重点研究任务。认为面向我国生态安全的重大需求，亟需从以下方面展开研究：系统分析碳氮在水—土—气—生中的周转途径、形态转化及通量特征的年际、季节及昼夜特征，揭示脆弱生态系统碳氮循环过程、时空规律与耦合机制，回答脆弱系统碳氮汇功能发挥的主要机理；构建脆弱生态系统碳氮耦合的过程模型，定量分析不同气候变化强度对脆弱生态系统安全的影响程度和人类干扰对碳氮循环及其生态系统的影响，评估脆弱生态系统在地球系统碳氮循环中的作用及其碳氮的源汇效应，提出脆弱生态系统对全球变化的适应性管理对策和措施。

中尺度涡对大洋环流、海洋能量平衡、水团分布、热盐和营养物质输运等方面都具有重要意义。根据其垂向密度结构和旋转流速核心位置不同，中尺度涡有表层和次表层中尺度涡之分。基于卫星海面高度计资料的应用，对表层中尺度涡的研究日趋成熟。次表层中尺度涡垂向密度呈透镜式结构，其最大旋转流速核心位于混合层以下，对次表层涡的研究依赖于现场观测资料。目前次表层涡在世界大洋中偶有发现，因此国内外对其研究方兴未艾。聚焦于西北太平洋的次表层中尺度涡，全面回顾了其观测和数值模式的结果，总结了其垂向结构特征、时空分布和移动规律，以及可能的生成机制等。同时展望了其对海洋能量平衡、水团分布、声传播和海洋生物地球化学要素分布等可能的影响，以及未来可能的研究发展方向。

白垩纪大洋缺氧事件记录了地球气候和古海洋环境的显著变化，是全球碳循环的主要扰动事件，受到了国内外学者的广泛关注。近20年来，随着金属稳定同位素测试技术的发展，越来越多的金属稳定同位素（例如钼同位素、锌同位素、铀同位素、铬同位素、镉同位素和钙同位素等）被用于研究大洋缺氧事件期间的环境变化。通过系统总结钼同位素（δ⁹⁸Mo）、锌同位素（δ⁶⁶Zn）和铀同位素（δ²³⁸U）的地球化学性质以及在大洋缺氧事件中的研究进展，发现钼同位素主要用于指示局部海洋硫化和非硫化环境的转变过程；锌同位素多用于区分局部海洋对初级生产力、大陆风化以及沉积物埋藏/分解等过程的不同响应情况；铀同位素可以估算全球海底缺氧面积占海底总面积的比例，同时可以结合碳—磷—铀耦合模型模拟全球海洋对大火成岩省形成、大陆风化、生物活动等过程的响应机制。但目前这些金属稳定同位素在海洋体系中的循环分馏机制尚未完善，且研究对象主要聚焦于大洋缺氧事件OAE2的沉积记录，未来还需要更系统全面的研究。

大气边界层是地球表面与大气之间水热、动量、能量和痕量气体等物质交换和输送的重要通道，在天气和气候的演变过程中有着重要作用。深厚大气边界层现象和特征、形成机理以及天气气候效应是大气边界层研究领域的热点问题，也是科学难题。着眼于对天气和气候高敏感、高影响的极端气候区和特殊地理区域，回顾梳理了深厚大气边界层的观测事实，归纳总结了不同地区深厚大气边界层的成因和影响因素，描述深厚大气边界层演变过程中独特的湍流运动图像，解析探讨了深厚大气边界层演变与沙尘滞空之间的关联。最后，提出了深厚大气边界层的未来研究关注重点和实现突破的4个关键科学问题，以期为更加系统地开展深厚大气边界层研究提供参考依据。

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。

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。

国家重点研发计划项目“近海台风立体协同观测科学试验”（2018 YFC1506400）针对防台减灾国家需要和缺乏台风直接探测资料这一制约我国台风学科发展和业务预报能力提升的关键瓶颈而立项，经过3年（2018年12月至2021年12月）的研究，全面完成了项目的目标任务。采用目标观测指导外场观测—基于观测资料的诊断和理论分析—数值模拟及观测资料验证—观测研究成果业务应用的技术路线，首次对近年来我国自主研发的新设备高空无人机及平流层飞艇等开展了台风探测适应性改造，完成近海台风“地—海—空—天”多基平台立体协同观测方案设计，组织实施了16个近海目标台风的多基平台协同的外场观测试验，基于多源直接观测资料的分析对台风模式物理过程参数化方案进行了改进，并应用于国家级的台风业务模式，效果显著，实现台风业务模式的路径和强度预报精度提高5%、降水预报精度提高3%~5%的预期目标。构建的台风多平台观测体系及协同观测方案，将为我国近海台风直接观测的业务建设奠定基础，并有望实现由目前的“跟跑”向“并跑”和部分“领跑”迈进。

针对涠洲油田不同气油比油层具有相近中子挖掘效应特征，造成高气油比油层识别困难的问题。利用测井解释、油层测试分析、岩电实验和数值模拟等方法，对不同气油比油层测井响应特征、形成机理和侵入带电阻率影响因素等方面进行综合研究表明： \mathrm{①} 中高气油比油层具有近乎接近的中子挖掘测井响应特征。只有在低气油比及相近地层压力情况下，中子挖掘效应法才能有效区分气油比高低，它是一种“窄谱”识别方法。 \mathrm{②} 油气流体压缩系数对气油比变化很敏感，气油比越高，油气流体压缩系数越大，二者呈近似线性关系。利用油气流体压缩系数识别油层气油比方法，是一种“广谱”识别新方法。 \mathrm{③} 通过求取重构后阵列感应电阻率测井曲线间互信息矩阵，可使隐含在阵列感应电阻率测井资料中气油比高低信息得到放大，互信息矩阵中互信息值的大小近似反映气油比高低信息。基于互信息矩阵的气油比识别方法，克服了中子挖掘效应法的适用限制条件，实现利用油气流体压缩系数对不同气油比油层的“广谱”识别。

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。

系统分析黄河径流量变化是实现黄河流域生态保护和高质量发展的重要基础研究。基于11个水文站和19个气象站1956—2020年实测径流量和气象数据，采用线性回归法和Mann-Kendall检验法，定量和定性分析了兰州水文站以上区域黄河干流和主要支流大夏河、洮河、湟水和大通河径流演变特征及其驱动因素。结果表明：1956—2020年研究区各水文站径流量变化有增有减，其中源区及西北部呈微弱增加趋势，东南部为减少趋势，非源区全部为减少趋势；各站径流量突变年份在1990年前后，1990s径流量基本为研究时段最低值，之后缓慢增加，到2020年前后达到或超过历史丰水值；与年径流量变化趋势相异，研究区各站冬季径流量除人类影响剧烈的大夏河以外均呈增加趋势。降水和冰雪融水量变化是源区径流量变化的主要原因，区域用水和耗水加大导致非源区实测径流量减少，在2010s之后融雪径流量增加、且积雪融水在缓解研究区1990s枯水状况中起到了关键作用，而冻土退化则是导致研究区年内径流过程线变缓和冬季径流增加的主要原因。

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。

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。

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。

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。

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。