黄土高原水蚀风蚀交错区作为中国北方典型的生态脆弱区，因其独特地形和气候条件，极端降雨事件对其环境和生态系统的影响更加突出。选取水蚀风蚀交错区28个气象站点，结合RClimDex模型计算11个极端降水指数，采用线性相关分析法、Mann-Kendall趋势检验法和小波交叉法，分析了1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水事件时空分布特征，探讨了极端降水事件的驱动因素。结果表明：（1） 1970—2020年水蚀风蚀交错区持续干燥日数（CDD）呈下降趋势，其余10个指数呈上升趋势，反映出近50 a研究区极端降水事件的频率、量级和强度不断增加。交错区年降水量增加和极端降水事件增加具有密切关系，且极端降水事件增加主要是由中雨日数（R10）和大雨日数（R20）引起。（2） 1970—2020年极端降水事件在全区整体为增加趋势，交错区中部和西南部极端降水事件显著发生，陕西段极端降水量和强度呈显著增加趋势且极端化程度更显著。（3） 湿日总降水量（PRCPTOT）、暴雨日数（R25）、5 d最大降水量（R5d）3个极端降水指数，与影响因子厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、东亚夏季风（EASM）和太阳黑子（SN）具有不同的功率，与SN的交叉小波变换功率最大，说明影响因子中SN和极端降水指数的相关性最高，SN对极端降水事件的影响最大。
多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面，发挥着至关重要的作用，比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品（PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP），基于标准化降水蒸散指数（SPEI），评估了降水产品在3种时间尺度的气象干旱性能；通过游程理论识别干旱事件，阐释了遥感降水产品捕获干旱事件的能力。研究表明：（1） 在西北干旱区，5套遥感降水产品均能较好地捕捉多年平均降水量的空间分布格局，但却难以准确地捕捉降水的变化趋势。（2） 在捕获SPEI性能方面，MSWEP最优，其次为TMPA、PERSIANN和CHIRPS，CMORPH表现最差。1个月尺度（SPEI1）是遥感降水产品识别气象干旱的最佳时间尺度。（3） 在刻画干旱事件的特性方面，CHIRPS对干旱事件数量的识别能力最佳，PERSIANN最差；MSWEP和TMPA表征干旱严重性最好，CHIRPS较差；除CMORPH外，其余4套产品均能较好地捕获干旱事件的强度和极值。综上所述，虽然5套遥感降水产品整体上可较好地捕获西北干旱区的干旱特征，但由于受降水产品反演算法、地形复杂性以及地面验证站点疏密程度的影响，较难以找到一种降水产品在捕获干旱特性所有方面均表现最优。研究成果可为区域气象干旱监测最佳降水产品的选择，以及遥感降水产品在极端干旱环境反演算法的改进方面提供参考。
湖冰物候变化特征是区域气候变化的敏感指示器之一。近几十年来，由于全球变暖和人为活动的影响，中亚地区的气候发生了显著变化，准确监测湖冰物候对于了解中亚地区气候变化具有重要的科学意义。通过对中亚地区7个大型湖泊（卡拉库尔湖、巴尔喀什湖、咸海、阿拉湖、斋桑泊、查蒂尔-科尔湖以及马卡科尔湖，面积>100 km2） 2000—2020年的长期地表反射率数据、气象数据以及湖泊资料的综合分析，利用GIS相关技术探讨其湖冰物候特征及其影响因素。结果表明：（1） 中亚地区的湖泊在9月中旬至11月上旬期间开始结冰，11月底到12月底会完全封冻，湖泊平均冻结时间为35 d；湖冰在3月底至5月中开始消融，4月上至6月上会完全消融，湖泊平均消融时间为18 d。（2） 2000—2020年中亚7个湖泊中有5个湖泊开始冻结日期呈现延后的趋势，平均延后速率为4.86 d·(10a)-1，巴尔喀什湖开始冻结日期呈现提前趋势，提前率为1.44 d·(10a)-1。完全消融日期呈现提前的趋势,平均提前率为2.90 d·(10a)-1。7个湖泊的平均湖冰存在期为171 d，其中有4个湖泊湖冰存在期呈缩短趋势，完全冻结期呈现整体缩短趋势，其中巴尔喀什湖缩短最明显,缩短速率为9.02 d·(10 a)-1。（3） 中亚7个湖泊湖冰的冻结-消融空间模式主要分为两类：湖水从两岸向湖心逐渐冻结，消融时从湖岸到对岸；湖水自湖岸冻结至对岸，越先冻结的湖区越先消融。（4） 中亚地区湖泊湖冰物候变化受到湖泊本身（海拔和面积）和气候（气温和降水量）等多个因素的影响，气温是影响湖冰物候的关键因素，气温越高，湖冰存在期越短；面积主要影响湖泊的冻结日期，面积越大，湖泊的湖冰存在期越短；湖冰物候也表现出一定的海拔依赖性，随着海拔的升高，湖泊的湖冰存在期越长。
由于造景岩石普遍为钙质和铁质胶结的砂岩和砾岩，丹霞地貌具有独特的景观特征和成因机制，同时因具有较高的科学和观赏价值而成为备受关注的旅游资源。东南湿润区丹霞地貌的研究程度较高，但是对西北干旱气候区丹霞地貌的研究还比较少见。以新疆阿克苏温宿大峡谷为研究对象，通过野外调查、样品显微镜观察、盐化学和元素地球化学实验以及ArcGIS面积高程积分（Hypsometric integral，HI）方法，探讨该地区丹霞地貌的特征和成因。结果显示：（1） 研究区呈现峡谷、山峰及峰林景观，以发育陡崖泥流林和顶盖型石柱为特色，其造景岩石主要为新近纪河流相红色砾岩和砂岩，硬度较高的砾岩层为形成顶盖型石柱提供了有利保障。（2） 红层位于温宿盐丘附近，岩石含盐量较高，主要的盐类型为氯化物、硫酸盐和硝酸盐。陡崖洞穴风化碎屑物样品中的大部分主量元素相对于表岩迁出，说明干旱气候下化学风化仍较活跃。（3） 面积高程积分显示研究区南部HI值为0.61，处于幼年期，而北部HI值为0.38，处于老年期，整体地貌演化发育阶段差别较大。研究区虽然降水量较低，但河流侵蚀作用明显，同时构造也是影响丹霞地貌演化的主要因素。
为了探讨粒度特征所指示的环境意义，对西藏定结地区现代沙丘进行采样，分析不同类型沙丘表层沉积物的粒度特征。结果表明：（1） 流动沙丘和爬坡沙丘粒度组成相似，灌丛沙堆与二者粒度组成差异较大。流动沙丘和爬坡沙丘表层沉积物主要以细砂和中砂为主，而灌丛沙堆表层沉积物以极细砂、细砂和粉砂为主。（2） 不同类型沙丘粒度参数呈现不同变化趋势，流动沙丘和爬坡沙丘表层沉积物分选较好，近对称，中等尖锐，灌丛沙堆表层沉积物分选中等，正偏，很尖锐。（3）流动沙丘和爬坡沙丘频率分布曲线呈近似对称的单峰分布，灌丛沙堆频率分布曲线呈双峰分布；不同类型沙丘表层沉积物概率累积曲线差异较为明显。（4） 不同类型沙丘表层沉积物沉积环境主要以风成沉积为主，少数为河流沉积。（5） 不同类型沙丘表层沉积物粒度特征对比可知，粒度特征的差异主要是沙源、植被覆盖度和风况共同作用的结果。
为探究适用于黄河流域甘肃段生态环境的保护理论与方法，解决该区域生态环境保护与社会经济发展的矛盾问题，选取适合黄河流域甘肃段生态敏感性评价因子，利用层次分析法和GIS空间分析方法，定量评价广河县生态敏感性，并选取GDP、人均GDP、人口密度等6项社会经济指标，结合耦合度模型和耦合协调度模型，分别探究生态敏感性与其的耦合协调关系。研究表明：（1） 水体、土壤可蚀性、植被覆盖与土地利用类型对广河县生态敏感性影响较强烈。（2） 生态敏感性子系统与各社会经济指标子系统呈现出较强的空间相关性，互相依存关系明显，耦合度水平均处于较高状态。（3） 耦合协调度研究中生态敏感性子系统与人均GDP、矿产资源指标子系统处于协调发展状态，生态敏感性子系统与GDP、人口密度、工业指标与养殖业指标子系统处于拮抗发展状态。研究生态敏感性与社会经济发展的相关性，为该区域提供差异化的发展与保护协调路径，并为同类型区域提供借鉴。
良好的生态环境是维持人类生存与发展的基础，是国家生态文明建设的重要前提。利用GIS技术对阿勒泰市的生态环境进行敏感性评价。结果表明：（1） 阿勒泰市生态环境敏感性影响程度由大到小排序为：土地利用类型>植被覆盖度>河流缓冲区>道路缓冲区>高程>坡度>坡向。（2） 阿勒泰市生态敏感性总体偏高，极度敏感和高度敏感等级区域占研究区总面积的42.45%，在北部山区、中部丘陵区，以及南部额尔齐斯河两岸均有分布；不敏感等级和低度敏感等级区域主要分布在中部丘陵和山间冲积平原区。（3） 基于生态敏感性评价结果将阿勒泰市分生态保护区、生态提升区以及生态防护治理区3个区域，并根据区域特点提出完善生态补偿、特色生态旅游、生态农业、开展生态治理与修复等生态产品价值实现模式，为阿勒泰市生态产品价值实现提供实践参考。
以提取1990—2020年植被覆盖度、遥感生态指数、人类干扰指数等遥感生态指标来反映塔里木河干流生态输水工程实施前后，生态状况变化趋势。将遥感生态指标作为驱动因子，提出一种改进的生态系统服务价值计算法，量化供给、调节、支持、文化功能的生态系统服务价值，分析各功能间权衡和协同效应的动态演变关系，对1990—2020年累积生态效益进行估算。结果表明：（1） 生态输水以来，干流有近1/3的区域植被覆盖度增加，较低、中、较高、高植被覆盖度面积占比分别增加17%、5%、2%、2.9%。（2） 上游生态系统服务价值先增加后渐趋稳定，中、下游生态系统服务价值先增加后减小再增加，表明中、下游对生态输水的响应存在一段滞后期，且受来水水量影响较大。（3） 调节和支持功能之间存在协同效应，供给与调节和支持功能之间存在权衡效应。（4） 生态输水后期，干流上、中、下游累积生态效益均表现出“边际效益递减规律”，据此从生态修复角度出发，给出断面年径流量的适宜范围，上游不超过42.5×108 m3，中游不超过21.5×108 m3，下游不超过3.5×108 m3。研究结果可为优化生态水水量配置提供科学指导。
土地利用方式是引起陆地生态系统碳储量变化的重要因素，对维持碳储量水平稳定有着关键作用。通过利用耦合的PLUS-InVEST模型评估与预测塔里木河流域1980—2020年土地利用与碳储量变化情况，设置自然发展、生态保护、耕地保护和城镇发展4种场景，分情景预测2030年研究区土地利用及碳储量的变化趋势，在此基础上探究土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：（1） 40 a间塔里木河流域耕地、建设用地与未利用地面积显著增加，林地、草地和水域面积减少。（2） 40 a间1980—2020年碳储量总体呈上升趋势，总体增加了22.66×106 t，碳储量增加区域主要分布在塔里木河干流及其分支上。未利用地和草地是塔里木河流域主要的碳库，占碳储量总量的24.77%和19.37%。（3） 情景预测发现2020年后碳储量流失量较大且流失速度逐渐较加快，碳储量减少区域主要分布在研究区的中西南部，未来草地向未利用地及林地向草地的转移均是碳储量流失主要原因，4种情景下分别减少了0.0475×108 t、0.0051×108 t、0.0285×108 t及0.0473×108 t。（4） 耕地向林地、草地向林地、水域向草地及未利用地、未利用地向耕地及草地的转出都有利于碳储存。因此，在未来规划中，应耕地保护和生态保护相结合，在控制建设用地向外扩张的同时保证当地经济增长，提高碳储量水平，为实现“双碳”目标蓄力。
水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季（4—10月）对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0~100 cm深土壤水分进行了连续观测，系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明：（1） 受降雨季节变化的影响，流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型，10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大，60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。（2） 3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显，总体来看，流动沙地土壤水分状况最好，且土壤水分含量变化相对平缓，固定沙地土壤水分状况最差，且土壤水分含量变化最为剧烈，半固定沙地居于二者之间；固定沙地10~30 cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地，30~100 cm深土壤水分状况则相反。（3） 降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因，随降雨事件降雨量增加，降雨的入渗深度逐渐增加；但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主，表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为主，10 cm以下土壤水分补充困难，土壤水分状况较差。流动沙地和半固定沙地10~30 cm深土壤水分状况好于30~100 cm深土壤，而固定沙地土壤水分状况则相反。研究结果可为半干旱区沙化土地近自然植被恢复与固沙植被稳定性维持提供科学依据。
为明晰荒漠草原优势植物的植物生物量与土壤养分关系，研究选取祁连山北麓肃北区域荒漠草原骆驼蓬（Peganum harmala）、狗尾草（Setaria viridis）、中华羊茅（Festuca sinensis）、碱茅（Puccinellia distans）和冰草（Agropyron cristatum）5种优势植物，测定该其生物量和根际土壤养分，探究其植物生物量分配及其与土壤养分间的关系。结果表明：（1） 5种优势植物间总生物量和根冠比差异显著（P<0.05），骆驼蓬总生物量最高，碱茅最低。多年生的骆驼蓬、碱茅、中华羊茅和冰草植物生物量大部分集中在地下，一年生的狗尾草植物生物量大部分集中在地上，不同植物间根冠比大小为：碱茅>冰草>中华羊茅>骆驼蓬>狗尾草。（2） 5种植物根际土壤有机碳、碱解氮、速效钾、全氮、全磷、全钾及其化学计量特征均存在显著差异（P<0.05），5种植物根际间土壤碳氮比大小为碱茅>狗尾草>冰草>骆驼蓬>中华羊茅。（3） 不同植物生物量、根冠比及土壤养分变异性不一致，骆驼蓬、狗尾草和中华羊茅的根际土壤全钾与碱茅和冰草的根际土壤含水量等均为弱变异，而土壤养分及其化学计量特征为中等变异。5种优势植物的生物量与根际土壤碱解氮和全钾呈正相关性（P<0.05）。可见荒漠草原生态系统中植物生物量分配和根际土壤养分在生活史和物种间的差异较大，今后应根据不同优势植物养分需求，合理施肥来修复退化的荒漠生态系统。
为及时准确地获取干旱区农作物种植信息，研究借助PIE-Engine Studio平台，以新疆焉耆盆地为研究区，基于2022年Sentinel-2影像和1948个野外定位采样数据提取农作物生育期内14种植被指数，使用See5.0决策树、随机森林（Random forest，RF）和多元回归（Multiple regression，MR）模型优选特征参数，结合支持向量机（Support vector machine，SVM）算法构建5种分类模型和5种样方分割方案进行农作物种植信息提取，通过目视解译和混淆矩阵对比分析分类结果，确定最佳分类方案。结果表明：（1） 所有分类模型的总体精度（OA）和Kappa系数均在92.20%和0.9037以上，说明在PIE平台中使用SVM算法提取农作物信息是可行的。（2） SVM-有红边的OA和Kappa系数均值为93.77%和0.9236，比SVM-无红边方法提高了0.96%和0.0120。（3） 相比于SVM-有红边方法，植被指数的引入提高了SVM-RF、SVM-MR和SVM-See5.0的OA和Kappa系数。（4） 5种分类模型的OA和Kappa系数均值的大小关系为：SVM-RF>SVM-MR>SVM-See5.0>SVM-有红边>SVM-无红边，表明红边波段和植被指数的加入显著提高了农作物识别的精度，其中SVM-RF（8:2）为最佳分类模型，OA和Kappa系数分别为98.72%和0.9866。研究结果可为准确快速获取大尺度干旱区农作物信息提供新的思路和参考依据。
内蒙古自治区作为中国重要的光伏发电基地，近年来盲目建设光伏电站的问题日益突出，掌握区域光伏开发的适宜性、发电潜力和减排效益对光伏产业的健康发展具有重要意义。为了探讨内蒙古自治区光伏开发适宜性与减排效益，综合利用气象、自然地理和经济社会数据，通过构建“气象-地形-位置-植被”光伏开发适宜性综合评价指标体系，利用层次分析法确定评价指标的权重，借助地理信息系统工具对内蒙古自治区光伏开发适宜性进行空间显性评价，进而定量评估在不同开发强度下的光伏发电潜力与减排效益，并对各盟市光伏发电潜力与电力需求进行对比分析。结果表明：（1） 内蒙古自治区西部的光伏开发适宜性大于中部和东部，各类适宜区主要分布在西部的阿拉善盟和巴彦淖尔市，光伏开发特别适宜、较适宜和适宜区域的面积占内蒙古自治区总面积的23.66%。（2） 内蒙古自治区光伏发电潜力巨大，特别适宜的区域开发12.57%即可满足内蒙古自治区2021年用电量。（3） 内蒙古自治区光伏发电潜力与电力需求分布有着较强的空间异质性，空间格局特征显著。（4） 内蒙古自治区光伏发电的节能减排效果显著，与传统燃煤火力发电相比，若特别适宜区全部开发，年碳减排量约2.947×109 t，是2021年内蒙古自治区碳排放总量的4.46倍，占我国2021年碳排放总量的21.20%。研究结果为内蒙古自治区光伏电站选址和光伏产业的健康发展提供科学参考和指导建议。
推动黄河流域高质量发展是我国经济建设全面迈入高质量发展的必经之路，客观评价流域发展质量是有效提高发展质量的前提。因此，基于5大发展理念及高质量发展的内涵，构建黄河流域高质量发展评价指标体系，采用TOPSIS评价法测算2010—2021年黄河流域及5大经济增长极60个地级市的高质量发展水平，进而采用Dagum基尼系数和方差分解的方法探究区域非均衡性发展及差异来源，运用Kernel密度估计方法分析区域高质量发展演进趋势。结果表明：（1） 样本期间内，沿黄城市高质量发展呈现“N”型变化态势，并具有上升的发展趋势，总体上省会、沿海和资源型城市的发展水平处于领先地位。（2） 流域总体差异呈缩小的趋势，区域内、区域之间的差距及变化趋势各不相同。（3） 组间差距是高质量发展差异主要的空间来源，支撑环境差异是流域及5大经济增长极差异主要的结构来源。（4） 流域及5大经济增长极的演进趋势各不相同，多数区域高质量发展水平持续向好。基于此，提出做好顶层设计方案，加强区域之间合作、打造特色经济增长极，避免同质化竞争、加强中心城市的辐射带动作用及提升经济发展软实力等建议。
以黄河流域5大城市群82个城市为研究区域，选取2016—2020年中国环境监测总站发布的环境空气颗粒物（PM2.5）数据，采用空间自相关、地理探测器和地理加权回归等方法，研究PM2.5的时空分布特征和空间异质性的主要驱动影响因素。结果表明：（1） PM2.5年均值的变化大体呈倒“N”型，季均值变化呈先降后升的周期规律性的“U”型。（2） 在空间分布上，形成了黄河下游>中游>上游的梯度递减空间差异格局，并有逐渐下降的趋势。（3） PM2.5演变整体上呈正自相关集聚分布，集聚类型主要为高-高集聚、低-低集聚和低-高集聚类型。（4） 2016年和2020年PM2.5空间分异的自然地理因素比社会经济因素的驱动力更强，交互作用结果为双因子增强或非线性增强2种类型。（5） 通过地理加权回归模型对分异探测解释力变化最大的5个因子进行拟合，5 a间各因子对5大城市群PM2.5污染的负效应不断提高，正效应呈下降趋势，空间作用方向及强度上差异显著。研究结果为黄河流域5大城市群大气污染防治和环境规制完善提供参考依据，助推黄河流域生态保护和高质量发展。
创新在全国现代化建设全局中占据核心地位，城市是创新活动开展的主体区域，科学测度城市创新能力对于提升城市竞争力及制定创新战略具有重要价值。以黄河流经区域中的48个城市作为研究对象，从人才培养能力、科技研发能力、经济支撑能力和环境服务能力4个维度构建了城市创新评价指标体系，运用熵权法、Jenks Natural Breaks分类法、基尼系数、Moran’s I等数据分析方法，测度了黄河流域城市创新能力，分析了黄河流域城市创新水平的空间分异及主要障碍因素。结果表明：（1） 黄河流域整体创新能力不高，少数高值城市与其余城市之间得分差距显著，创新能力呈现上、中、下游阶梯式递增趋势。（2） 以朔州—陇南为线，城市创新能力呈现出东南高西北低的分布状态，且各维度的空间分布与总创新能力趋于一致。（3） 黄河流域城市创新能力分布处于较不均衡状态，空间集聚特征表现为正向的空间关联，主要属于低值集聚的空间模式。（4） 科技研发能力与人才培养能力对黄河流域城市创新能力的提高影响程度较大，其中有效发明数是各城市共同的障碍指标。
