内陆水体是大气甲烷（CH₄）的重要排放源，其中冒泡途径排放的CH₄对总排放贡献较大。通过梳理国内外研究的最新进展，系统介绍了内陆水体CH₄冒泡的产生、传输、氧化及排放机制，并概述了CH₄冒泡排放的测定方法与技术。其次，基于不同的时空尺度，对比分析了全球内陆水体的CH₄冒泡排放的时空变化特征；总结了CH₄冒泡产生与排放过程中相关影响因素的作用机制，并介绍了水体CH₄冒泡排放模型的发展现状。最后，探讨了内陆水体CH₄冒泡的潜在研究方向与挑战，为后续中国内陆水体CH₄冒泡排放观测、过程机理与调控机制探究、模型开发与估算等研究工作提供参考。

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。

干旱通过相互关联的陆气系统与水文循环过程进行传播，在不同的地理时空传播演变成不同的干旱类型，如水文干旱、农业干旱、生态干旱和社会经济干旱等。在全球气候变暖和人类活动加剧的背景下，不同类型干旱之间的传播演变过程呈现出更多的不确定性。近10年来，对干旱传播时空特征、研究方法、演变过程以及驱动因素的理解逐步加深，但明确的科学观点仍相对匮乏。因此，从干旱传播的定义出发，系统分析了该问题的科学内涵，阐明了干旱传播研究的发展阶段。随后综合归纳了当前干旱传播的6类定量研究方法，包括阈值方法与游程理论、相关分析、因果分析、交叉小波、概率模型以及气象水文模型。并进一步从气象—水文和气象—农业两类干旱传播情景以及干旱传播驱动力方面，分析总结了当前形成的主要科学认识，揭示了全球范围内干旱传播研究发现的传播顺序、阶段阈值、时空异质性和人类驱动过程。最后分析指出了未来干旱传播研究面临的一系列挑战，包括进一步挖掘传播过程时空异质性、突破数学与物理知识鸿沟建立可信模型以及融入跨领域知识实现全过程的传播解析。对国内外干旱传播研究的前沿进展和挑战进行了系统分析，可为下一步干旱灾害分析与科学管理提供关键理论与方法支撑。

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。

自然水体是重要的甲烷排放来源，传统观点认为甲烷是微生物在严格厌氧条件下利用有机物的最终产物，但越来越多的证据表明有氧水环境中存在甲烷过饱和现象，被称为“甲烷悖论”。近年的研究表明，上述现象的产生与藻类的存在息息相关。藻类不仅可以通过光合作用或利用甲基化前体物质直接产生甲烷，也可为其他微生物提供厌氧微环境以及前体物质间接促进甲烷生成。然而，针对藻类有氧产甲烷的微生态机制方面的研究尚存不足，也使得全球甲烷收支核算仍存在较大不确定性。未来，进一步突破藻类有氧产甲烷的分子调控机理、揭示藻类对外部条件响应的有氧产甲烷特征及其生理适应性机制，将是深化领域研究的重要方向。

河流是连接陆地和海洋两大碳库的“重要管道”和“生物反应器”，深入理解河流碳循环过程并建立河流碳循环模型是估算区域尺度河流碳通量的重要手段。当前，对河流碳循环模型构建与应用的探讨还较为缺乏。通过文献调研对河流碳循环机理和已有模型研究进行回顾和总结，首先归纳了河流中颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳的主要来源及相关迁移转化过程，然后对经验统计和机理过程两大类河流碳循环模型的模拟方法、应用现状和优缺点进行了综述。经验统计模型采用统计或机器学习方法建立河流碳通量与环境因子的关系，建模较为简单，但普适性和外推性较差；机理过程模型在陆面模式或水文模型中耦合河流碳循环相关过程，物理性和可靠性较强，但较为复杂。不同模型的侧重点和对河流碳循环过程的表达各不相同，适用场景也不相同。河流碳循环模拟研究目前尚处于起步阶段，现有模型对陆地和水体碳循环过程以及人类活动影响的表达普遍不足，无法准确模拟和预测河流碳循环过程的长期变化。今后应加强对河流碳循环过程的观测，提高对陆地和水体碳循环机理的认识，进而完善其在模型中的表达，提高河流碳循环模拟的精度，为中国实现“双碳”目标提供科学支撑。

青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区，3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先，介绍了3个高原地表感热时空变化特征，结果表明在全球变暖的背景下，3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化，基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折，之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次，归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展，结果显示：青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用，在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气；青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场，而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加；青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切，且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常，通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后，在此基础上讨论了现有研究的不足，并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。

全球海洋环流模式是地球系统数值模拟的关键组成部分，在气候预估和海洋环境预报中扮演着至关重要的角色。系统回顾了全球海洋环流模式的发展历程，并综述了该领域近年来的重要科技进展，涵盖了动力框架、物理过程参数化以及软硬件环境配置三大核心内容。在动力框架方面，主要探讨了水平离散方法、垂直坐标方案以及变分辨率技术的最新发展；在物理过程方面，重点关注了中尺度、亚中尺度和边界层混合参数化的进展；在软硬件配置方面，讨论了异构计算架构和人工智能在该领域的应用现状与前景。特别介绍了我国自主研发的全球海洋环流模式LICOM的进展。基于该领域的发展趋势，为我国全面推进完全自主的全球海洋环流模式的研发战略和长远规划提出了建议。

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。

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。

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。

地质多样性在维持生物多样性与生态系统服务方面具有重要作用。研究地质多样性对生物多样性的影响，有助于理解自然生态系统内地下—地上、地质—生物的耦合作用。结合国内外地质多样性研究进展，阐述了地质多样性与生物多样性的关系，认为地质多样性与生物多样性共同维持着自然生态系统，并且地质多样性支撑着生物多样性，其中关键问题是研究高地质多样性支撑高生物多样性形成和维持的机制；梳理了不同空间维度地质多样性对生物多样性的影响，认为此影响在全球尺度、景观尺度和局域尺度等空间维度具有差异性，特别是保护区范围的地质多样性对生物多样性的影响及其驱动机制目前尚未形成统一认识；总结了地质多样性评估的方法，主要有定性评估、定量评估和定性—定量评估3种，认为定性—定量评估方法是最有效的；未来应该在自然保护区范围的地质多样性驱动生物多样性实证分析、将地质多样性驱动生物多样性研究应用于保护区管理以及地质多样性评估方法优化等方面加强研究。

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。

自20世纪中叶以来，基于地质构造过程自相似性的砂箱物理模拟实验为岩石圈动力学过程研究提供了独立有效的手段。基于以自然界岩石圈深部变形过程为研究对象的砂箱物理模拟实验研究结果，系统阐述岩石圈动力学变形过程的“自然原型—实验模型”间相似性机理，综述砂箱物理模拟所揭示的岩石圈动力学过程机制与特征，并以坎塔布里亚构造带和扎格罗斯—伊朗高原为实例，对比探讨了岩石圈变形过程与砂箱模拟实验之间的耦合性，以期为同行研究提供参考与借鉴。砂箱物理实验模型与自然原型之间相似性机理，强调二者具有流变学和几何学上非牛顿流体连续介质相似性，才能实现低惯量流动下（Reynolds数Re<<1）动力相似性。砂箱物理模拟实验通常使用干颗粒材料、（非）线性黏性流变学材料、黏弹性材料等构建多层物质结构模型，代表岩石圈双层、三层和四层结构模型。基于砂箱物理模拟实验装置及其实验过程中是否有外部动力和物质等加入，岩石圈动力学砂箱物理模型大致分为3类：系统能量物质守恒的内动力驱动模型、开放系统的外动力驱动模型和内外动力混合驱动模型。砂箱物理模拟研究表明，岩石圈动力学变形过程主要受控于岩石圈多圈层耦合性及其能干性（即弹性强度或黏性刚度）和先存（或继承性）非均质性结构特征，从而控制并影响着浅表盆—山系统变形与整体岩石圈层变形的特征。

自20世纪末（U-Th）/He定年技术诞生以来，（U-Th）/He定年在地质学等领域发挥着越来越重要的作用，尤其是磷灰石及锆石的（U-Th）/He定年技术得到了广泛应用，然而这两种矿物在自然界中的分布相对有限，极大地限制了（U-Th）/He年代学的发展。近年来，随着He扩散动力学研究的不断深入和分析测试技术的提高，其他矿物的（U-Th）/He定年技术也得到了长足进步，理论与技术方法也日臻完善，为（U-Th）/He年代学开辟了新的应用领域。此外，不同类型的矿物记录了不同的地质信息，通过结合多种矿物的（U-Th）/He定年数据，将增进对地质过程的理解。基于（U-Th）/He定年新理论和新技术的发展，总结了赤铁矿、针铁矿、磁铁矿、碳酸盐矿物、牙形石、萤石、钙钛矿、尖晶石、金红石以及石榴子石等矿物的（U-Th）/He定年，重点介绍了相对成熟的赤铁矿、针铁矿、磁铁矿、碳酸盐矿物以及牙形石的（U-Th）/He定年的研究进展。目前，这些新矿物的（U-Th）/He定年在矿床学、沉积学、构造地质学、地球动力学和环境科学等领域得到了初步应用，尤其在约束成矿时代、古环境古气候重建、洋壳蚀变和俯冲剥露过程、热液活动、断裂变形以及古地震研究等方面将发挥关键作用。然而，这些新矿物的（U-Th）/He年代学仍存在不少问题，限制了这些方法的广泛推广与应用，比如多扩散域行为、辐射损伤和化学成分对He扩散的影响、加热脱气过程中母体同位素的挥发以及（U-Th）/He体系的开放行为等，这些因素将导致（U-Th）/He年龄数据表现出较大的分散性。因此，未来需要进一步研究He在这些矿物中的扩散行为，改善实验方法并提高仪器测试精度，以确保（U-Th）/He定年数据的准确性，为理解地质过程提供更加可靠的时间框架。

近现代（1950年）以来，全球湖泊系统普遍面临水生态环境挑战，利用转换函数可定量重建湖泊水环境自然基线和演化历史，评估人类活动的影响程度并为生态修复提供合理目标。从转换函数构建及应用的基本流程入手，围绕pH值、总磷、溶氧量、透明度、水位、盐度和温度这几种水环境参数，综合梳理了生物—湖泊水环境定量转换函数在人类世湖泊流域中的典型应用案例，从不同角度考察了湖泊自然水生态环境受人类扰动而发生改变的速率、幅度以及演化过程与机制。最后，讨论了定量转换函数方法目前存在的不足，并从新载体开发和多指标体系构建、大样本训练集和机器学习、加强生物指标的现代生态学研究以及转换函数与生态系统模型的结合4个方面，针对性地提出几点展望，以进一步提升转换函数性能，并扩大其应用范围，为后续研究提供参考。

极地超常的变暖引起多年冻土不断退化并形成热融湖，该过程释放温室气体与气候变暖形成正反馈。微生物在碳循环不同环节均发挥着重要作用，理解热融湖中微生物对碳循环的调控机制，对于应对未来气候变化具有重要意义。综述了热融湖微生物参与的关键碳循环过程：梳理了热融湖形成过程和形成后微生物群落组成与分布；对有机碳分解、产甲烷和甲烷氧化等过程中涉及的主要微生物类群进行了总结；凝练了微生物对碳循环的调控机制及受环境变化的影响机制与要素。基于已有研究，得出如下认识：\mathrm{①}多年冻土融化形成热融湖主要以陆生有机质为主，一些营养物质如磷酸盐、植物纤维素和亮氨酸残基等生物聚合物从陆地进入水体。\mathrm{②}在多年冻土融化形成热融湖过程中，随着温度和通气条件的改善，有机质及各种生物聚合物可利用性增加了微生物功能基因多样性，提高了微生物对有机碳的分解潜势。温度、底物、溶解氧等和微生物群落的变化引起微生物代谢途径等的改变，从而影响了甲烷产生、甲烷氧化及固碳等过程，最终影响碳循环。\mathrm{③}为了加深对热融湖中微生物介导碳循环过程的理解，提出了未来研究的方向：借助宏基因组技术及室内培养实验更加清晰地揭示微生物对碳循环各个过程的调节机制，加强不同环境条件下热融湖碳排放的野外观测，探索利用微生物来减轻气候变化的负面影响。

古温度的定量重建已成为理解地球气候系统演化的关键性环节，然而目前可靠的陆地温度重建指标仍然较少。来源于微生物细胞膜的甘油二烷基甘油四醚膜类脂（GDGTs）及其相关指标（甲基化/环化指标MBT/CBT和四醚指标TEX₈₆）在湖泊古温度的定量重建中具有一定的潜力，但由于湖泊系统的复杂性及高原气候的特殊性等问题，使得相关指标在青藏高原湖泊的应用受到影响。因此，对目标湖泊开展详细的现代过程分析，考察GDGTs温度指标的应用潜力尤为重要。以位于藏北高原的黑海作为研究对象，采集表层沉积物、流域土壤以及入湖河流沉积物共24个样品。分析了黑海沉积系统中GDGTs的来源，探讨了GDGTs及其相关指标对环境因子的响应，考察了MBT/CBT指标及温度转换函数在高原湖泊温度重建中的适用性。结果表明：黑海中存在部分内源性GDGTs；水体深度对GDGTs的组成与分布影响较显著，电导率与总有机碳的影响较弱；MBT/CBT指标在高海拔和寒冷地区的湖泊古温度重建中有一定的局限性，应该结合区域特点、气候类型及母源微生物对特殊环境的生态响应等，建立更加适用于高原湖泊的温度指标及校正方程。

黄铁矿作为页岩体系中最具代表性的重矿物之一，对其进行微观特征识别对于页岩沉积环境研究具有重要意义。以四川盆地泸州Ι区五峰组—龙一₁亚段为例，通过岩心矿物实验、扫描电镜观测、网络模型优化和特征参数统计，构建了适用于黄铁矿扫描电镜图像分割的网络模型，实现了基于草莓状黄铁矿参数对研究区沉积环境的判断。结果表明：\mathrm{①}优化后的UNet-Im模型对草莓状黄铁矿扫描电镜图像的分割精度可达0.863，证明了改进措施的优越性；\mathrm{②}对比黄铁矿含量，龙一{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{1}~\mathrm{3}}小层黄铁矿含量最高，为2.95%，随后降低至龙一{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{4}}小层的2.03%以及五峰组的0.83%；\mathrm{③}基于草莓状黄铁矿特征参数，推断出黄铁矿沉积环境为深水硫化环境、深水强还原环境、深水强—弱还原环境以及深水还原—次氧化环境。实现了黄铁矿扫描电镜图像的精准化分割，对于提升行业勘探开发智能化具有借鉴意义。

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。

IPCC第六次评估报告（AR6）显示，自20世纪起极地冰盖持续消融，全球海平面不断上升。目前对于地球冰盖未来的预测以及过去的演变历史尚不明确，而数值模拟能够提供一种有效的解决方案。在冰盖模拟研究中，冰期指数法可依据古气候代用指标将离散的气候强迫转化为连续的气候强迫，用于冰盖演变的瞬态模拟。基于该方法，利用2组（共6条）分别代表全球海平面和温度变化的代用指标，开展末次冰期旋回北半球冰盖的时空演变模拟研究，结果表明：\mathrm{①}模拟的冰量演变特征受指数的变化趋势控制；\mathrm{②}在指数变化特征（轨迹和变幅）相似时，千年尺度气候突变事件的存在会导致模拟的总冰量偏少；\mathrm{③}在同一气候强迫下，不同指数模拟的最大冰盖范围受夏季0 ℃等温线的约束，同时指数的演变轨迹与变幅也会影响末次冰期盛冰期冰盖模拟的空间分布。因此，在利用冰期指数法开展冰盖瞬态模拟研究时，需根据关注的研究区域选取有代表性的指数并考虑古气候代用指标（即冰期指数）的不确定性对模拟结果的影响。

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。

基于对流层二氧化氮（NO₂）垂直柱浓度卫星遥感数据，实现快速、高空间水平分辨率（5 km或更高）的氮氧化物（NO _x =NO+NO₂）排放反演，可为空气污染精准治理提供及时、细致的排放数据。现有多种低计算成本的快速反演方法，如指数修正高斯模型、散度模型和PHLET算法，但其反演效果尚未得到充分对比分析。以2019年夏季京津冀地区为研究对象，对比了上述3种方法的反演效果，研究发现，指数修正高斯模型主要适用于点源排放，但在京津冀等排放源密集地区的反演效果较差；散度模型考虑了在预定NO _x 大气寿命情况下的水平输送，能快速识别主要排放源位置，但存在排放低估和负排放等问题；PHLET算法考虑了水平输送、NO₂垂直柱浓度和NO _x 大气寿命的非线性关系以及卫星像元不规则等因素，对排放的估计较为准确。改善风场数据、填补卫星数据缺失和改善NO _x 化学损失估计是进一步提升排放反演质量的关键。

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。

碳中和现已成为全球共识。为实现碳中和目标，除了发展新能源降低碳排放外，提升固碳增汇能力是其重要途径。碳汇可分为海洋碳汇和陆地碳汇两大类。海洋碳汇包括沿海生态碳汇、海水生态碳汇和人工海洋碳汇。其中，沿海生态碳汇主要由海岸植被固碳效应和沿海沉积物负载形成，海水生态碳汇主要由海洋碳泵效应形成，这两种碳汇与季风洋流条件、陆源有机物输入、海岸地理条件和人为活动直接相关，人工海洋碳汇的可行性需要综合考虑对海洋生态的影响。陆地碳汇包括陆地植被碳汇、自然地质碳汇和人工地质碳汇。其中，陆地植被碳汇是通过森林植被、草地植被以及湿地植被等植物的光合作用实现，受气温与降水、大气成分、土地利用变化以及自然干扰等因素的影响。自然地质碳汇主要由土壤碳汇和岩石风化碳汇组成，土壤碳汇受区域植被条件、气候条件和土壤利用等因素影响，而碳酸盐岩和硅酸盐岩风化作用吸收大气CO₂的岩石风化碳汇主要受气温、降水、岩石类型、水文条件以及人类活动的影响。人工地质碳汇是将捕集后的CO₂注入地下指定区域进行长期封存形成，其封存能力受地质构造、储盖条件、地热、地层水动力、油气潜力和盆地勘探开发程度等因素的影响。从气候环境、自然资源和社会经济等多种措施有机结合实现固碳增汇，是未来实现碳中和的有效途径。

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。

随着全球气候危机的加剧，实现碳中和的任务变得更为紧迫。中国政府承诺在2060年实现碳中和，除了加快能源转型、减少化石燃料消耗外，还需大力发展负排放技术以抵消社会生产生活中难以避免的碳排放。海洋作为地球上最大的活跃碳库，具有巨大的储碳潜力。围绕海洋负排放的研发方兴未艾，其主要技术路径包括渔业碳汇、陆海统筹、地质封存、人工上升流、增强风化以及铁施肥等。其中，增强风化和铁施肥等技术都涉及人为投加外源物质到海洋，理论上可通过对投加组分和方式的复合优化，实现多技术路径的耦合，进一步提升海洋固碳和储碳的效率。基于此提出了“人工灰尘”这一潜在的耦合技术路径。“人工灰尘”以提高海洋储碳量（而非初级生产力）为技术目标。拟通过改良铁施肥所用材料及投加方式提高其作用时效，并实现对藻类种群结构的调整，促进更难降解的、更易下沉的藻类生长。此外，在藻类死亡和降解高峰时段，再次投加硅酸盐岩/矿物粉末为主体的二级“人工灰尘”，基于增强风化原理提升海水碱度，同时利用矿物溶解释放的钙和镁等离子促进有机碳团聚沉降，促进其在沉积物中的埋藏。“人工灰尘”这一耦合技术概念的提出可为今后海洋负排放的理论研究提供更广阔的思路。

揭示珠江流域碳排放时空演化和空间集聚特征，对推进流域地区低碳可持续发展具有重要意义。耦合夜间灯光数据、土地利用数据和能源消费数据构建碳排放估算模型，从流域、城市和网格尺度分析了珠江流域碳排放空间变化趋势，使用探索性时空数据分析和修正引力模型探讨了城市碳排放时空动态变化和空间关联特征。结果表明：珠江流域碳排放总量从2005年的29 497万t增长至2019年的31 877万t，东莞、深圳和广州始终是高碳排放城市。网格尺度上高碳排放集聚区以珠江三角洲地区为核心向周边扩张，中上游高碳排放区呈点状分布。珠江流域碳排放存在正向空间相关性，空间交互效应呈下降趋势。时空动态分析显示相邻城市碳排放存在正向协同发展趋势。城市碳排放关联强度均值由5.93增长至18.97，核心节点城市对外辐射能力得到提升，碳排放关联网络结构呈集中化趋势。该方法耦合多源数据开展碳排放估算研究，具有潜在的实用价值，可为碳排放时空动态分析和低碳减排策略制定提供参考。

中部造山带是认识华北克拉通古元古代构造演化的重要窗口。针对造山带南段小秦岭地区太华杂岩开展了系统的构造和年代学研究。结果显示，太华杂岩发生强烈的韧性变形，普遍保存有韧性剪切带和同剪切褶皱，特别是鞘褶皱。韧性剪切带和鞘褶皱具有一致的上盘向WNW剪切的运动学，变形温度为600~650 ℃。剪切带内同构造混合岩锆石U-Pb年龄将剪切带活动时间限制在1 890~1 843 Ma。通过几何学、运动学、年代学及变形温度的综合分析表明，韧性剪切带和区域规模的鞘褶皱为同碰撞折返期构造，并支持西部陆块向SE俯冲造山模式。基于已有研究成果，揭示了中部造山带经历了漫长而复杂的造山演化过程，1.97~1.89 Ga为大陆深俯冲阶段，1.89~1.84 Ga为高压变质岩石折返阶段，1.84~1.78 Ga对应后造山伸展阶段。中部造山带这一漫长的造山演化过程，为大规模碰撞造山作用可持续超过100 Ma的观点提供了有力证据。

中中新世气候转型（14.2~13.9 Ma）是全球联动的一个快速气候变化事件，冰盖、洋流和碳循环均发生显著变化，厘清其驱动机制对理解新生代全球变冷有重要意义。对此已有研究提出2种假说：一种重视洋流重组，另一种则突出碳循环的重要性，但二者都无法完美解释中中新世气候转型的种种现象。实际上，冰盖—洋流—碳循环三者形成耦合的系统，共同造成地球气候变化。综合已有的地质记录，两类机制均导致深部大洋碳储库增大，大气pCO₂降低，并进一步促进气候变冷和冰盖增长，表明不同子系统之间的耦合作用引起气候突变。相较于碳循环过程和冰盖变化，学术界对中中新世气候转型期间洋流变化的了解较少，特别是南大洋和太平洋深部水团。未来的研究应聚焦于深部太平洋的洋流变化，以便更全面地完善对中中新世气候转型的理解。

客观评价高分辨率中小尺度变量的预报表现是数值天气预报模式应用和发展的重要环节。传统点对点的检验在高分辨率数值预报模式评估中存在显著不足。空间面向对象或目标法MODE检验方法利用卷积函数和给定的阈值在预报和观测场中识别目标对象、诊断模式的预报表现，在天气预报中有着广泛应用。首先系统回顾了MODE检验方法的学术思想、技术架构、算法流程和检验指标；详细归纳了MODE检验在降水预报、天气雷达、卫星云图、集合预报以及其他不同要素或物理量场中的典型应用，阐述了检验结果在数值模式预报质量评价中的意义和对天气预报结果主客观订正的影响；介绍了近年来MODE检验方法的更新发展，主要包括考虑不匹配目标对象属性的综合评价指数MCS，以椭球体为目标的三维时域空间对象追踪和MODE扩展的时域检验方法MODE-TD；最后总结和讨论了MODE检验方法的适用性、优势和不足，同时对MODE检验方法未来的发展方向和应用前景进行了展望。旨在为更好地应用MODE检验方法诊断数值模式的预报性能提供参考。

深海底边界层动力特征直接调控深海沉积过程，属于深海科学最关键的能量和物质交换层。虽然根据有限的观测发现深海海底边界层动力特征受控于海洋多尺度运动，与深海底边界层理论结果存在较大差异，但深海底边界层多时空变化特征对深海沉积过程的影响仍缺少系统的定量研究。结合已有的理论、现场观测、水槽实验与数值模拟结果，针对以下要点进行回顾和总结：\mathrm{①}深海底边界层流场的基本特征及湍流特性；\mathrm{②}潮汐、内波、中尺度涡以及大尺度环流的深海底边界层动力特征及其沉积效应。可为进一步开展以深海底边界层动力观测为基础的深海沉积动力学研究提供参考。

粪生菌孢是沉积物孢粉分析中“非花粉型”的重要组成部分，主要被用来指示大型食草动物种群数量变化以及重建早期牧业活动强度变化等。通过系统总结国内外粪生菌孢现代过程与古生态应用的研究实例发现：在现代过程研究方面，国外研究重点主要集中在粪生菌孢多样性、影响因子以及其传播、搬运和沉积过程，并发现Sporormiella-type、Sordaria spp.和Podospora sp.对食草动物活动指示性最好，尤其是Sporormiella-type被广泛应用于不同的研究区域；国内研究主要在青藏高原东北部，发现粪生菌孢与放牧活动强度之间具有较好的相关性。在古生态应用研究方面，国外研究发现Sporormiella-type很好地指示了大型食草动物的灭绝和放牧活动强度的变化；国内研究发现了早中全新世人类狩猎活动对食草动物的抑制以及以下主要变化时段：约5.6 ka牧业活动开始、约4.0 ka以后增强、在历史时期显著增强等。在未来研究中，应加强粪生菌孢现代过程调查，更深入地理解粪生菌孢的产生、传播、沉积和保存过程及其机制，探讨粪生菌孢与食草动物数量、植被状态、沉积环境和搬运动力之间的关系，结合多指标和跨学科的证据，更好地解译沉积地层粪生菌孢记录的古生态意义。粪生菌孢将在探究中晚全新世牧业起源和传播过程、驱动机理及生态影响等方面发挥不可替代的作用。

2023年8月24日，日本政府启动福岛核污染水排海，这将进一步增加对海洋生态环境的辐射风险。分析了福岛核污染水中主要人工放射性核素的浓度，估算了其在福岛核污染水中的储量。根据东京电力公司公布的数据发现，截至2023年3月，福岛核污染水储罐中³H的浓度为1.9×10⁵~25.0×10⁵ Bq/L，明显超出日本法律允许的³H的最大排放浓度（6×10⁴ Bq/L）；部分核污染水储罐中⁹⁰Sr和¹²⁹I的浓度也高于日本法律允许的⁹⁰Sr和¹²⁹I的最大排放浓度（30 Bq/L和9 Bq/L）。经估算，在排海前福岛核污染水中³H和¹²⁹I的储量分别为0.9 PBq和6.2×10⁹ Bq，这与核事故阶段³H和¹²⁹I泄漏到海洋中的量（0.1~1.0 PBq和6.9×10⁹ Bq）相当。此外，进一步对福岛核污染水中典型放射性核素（如³H、¹⁴C、⁶⁰Co、⁹⁰Sr、¹²⁹I、^134，137Cs和^239，240Pu等）在海洋环境中的迁移转化行为进行了论述，重点介绍了福岛放射性核素在太平洋海域的迁移路径，及其在海洋沉积物上的吸附和海洋生物中的富集行为。期望为中国应对福岛核污染水排海提供一定的科学依据和见解。

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。

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。

心滩是构成砂质辫状河储层的主要沉积单元，受发育位置的影响，存在河心滩和河边滩。由于受到多次侵蚀切割和再沉积作用导致其最终保存的内部构型样式复杂，且二者之间差异不明确。因此，采用沉积数值模拟的方式通过再现河心滩生长与演化过程，解析演化过程中反复的沉积和侵蚀切割的关系，建立二者的内部构型模式，对于指导地下油气精细勘探开发有着重要的实际意义。研究表明：\mathrm{①}受两侧水流的影响，河心滩的沉积演化是先向下迁移后侧向迁移；而河边滩受单侧水流的影响，沉积演化是先侧向迁移后向下迁移。\mathrm{②}河心滩自下而上发育顺流加积体、侧积体和垂向加积体，河边滩自下而上由侧积体、垂向加积体或向心充填的河道沉积构成。\mathrm{③}河边滩比河心滩内部的侧积体期次多，叠切关系复杂。

地下水测年是水循环尤其是水文地质研究的关键环节之一，但已提出的地下水年龄概念及其测年方法具有复杂多样且难以区分的特点，给实际应用和进一步发展带来困扰。系统梳理了学术界常出现的地下水年龄和滞留时间的概念内涵，同时对衍生的理想化年龄、示踪剂年龄、表观年龄、年龄分布和模型年龄等相关概念进行了辨析，综合分析并绘制了地下水年龄相关概念间的关系图；根据示踪剂类型，总结并评述了地下水测年的天然同位素示踪剂方法（包括放射性核素衰变法和稳定核素线性积累法）、人类活动产生的核素和温室气体示踪剂样品的采集、分析方法及其优缺点；指出地下水测年方法存在水质点和水体系统2个研究角度，并对当前正大量兴起的、从水体系统（动态）角度出发的多示踪剂联用和年龄数据的模型解释方法进行了评述，认为地下水测年方法需根据研究目标和示踪剂适用范围综合确定，未来应重点关注表征地下水系统时空动态的年龄分布研究，加强地质、水文和水化学等多学科数据信息的整合，从而建立地下水流数值模型来刻画年龄分布及模型研究。

由于气候和环境效应的影响，海洋上空气溶胶受到研究者的关注。海水中气泡上升至海面破裂时，会把海洋微表层的表面活性物质富集到海洋飞沫气溶胶中，从而影响其物理和化学性质。总结了海洋表面活性物质的来源及其表征量化方法，阐述了表面活性物质对海洋飞沫气溶胶数浓度及粒径分布的影响，进而归纳了对吸湿性、云凝结核活性和冰核活性的影响机制。由于来源、类型、结构及其他环境条件的不同，表面活性物质对海洋飞沫气溶胶的产生及理化性质的影响具有显著差异，给研究海洋飞沫气溶胶的环境和气候效应造成困难，需要进一步开展表面活性物质的观测和模拟研究，为改进海洋飞沫气溶胶区域和全球建模提供科学支撑。

川东北地区中—上二叠统发育大隆组、吴家坪组二段和茅口组三段3套优质页岩，是继五峰组—龙马溪组之后海相页岩气勘探重要的接替新层系。利用等时地层格架内建立重要地质事件与沉积构造、古环境及古生物之间的对应关系，对川东北地区中—晚二叠世上升流和火山活动等重大地质事件对富有机质页岩发育的影响进行研究。结果表明：\mathrm{①}川东北地区茅口组三段—大隆组可划分为5个四级层序，其中TST1、TST3、TST4和TST5体系域为富有机质黑色硅质页岩发育有利层段，明确了中—晚二叠世等时地层格架内火山活动与上升流事件的地质响应特征；\mathrm{②}建立了受火山活动和上升流等地质事件共同作用的优质页岩发育模式，明确了茅三段SqPm-2初始拉张期，上升流带来的丰富溶解硅和营养盐等物质，有利于硅藻、硅质海绵和放射虫等生物大量繁殖，为典型上升流—生物耦合发育模式，发育高碳（>10.0%）、高硅（>70.0%）页岩，但厚度相对较薄，具有典型“薄而肥”的特征，是普光地区页岩气勘探亟待突破的有利新层系；吴二段—吴三段SqPw-2快速拉张期，火山活动形成的火山灰携带营养物质有利于有机质的富集，为火山活动—热液富有机质页岩发育模式，页岩总有机碳含量超过4%、硅质矿物含量超过50.0%，但厚度相对较薄，是下一步积极拓展的有利层系；大隆组SqPd-1~SqPd-2拉张鼎盛定型期，基底沉降，上升洋流和热液活动造成硅质生物繁盛，大量有机质在深水缺氧强还原条件下得到良好保存，为上升流—热液富有机质页岩发育模式，优质页岩厚度相对较大（>30 m），具备良好的勘探潜力，是下一步提交页岩气规模储量的有利层系。