为获取偏远地区较为准确的降水分布情况，本文结合雷达高分辨率和卫星大范围探测优势，通过融合雷达和卫星反演的降水，获取高精度的定量降水估计分析产品（QPE）。以新疆地区2023年8月12日、13日两天强对流过程为例，采用云分类、Z-R关系的方法，利用雷达反射率进行雷达降水反演；将Himawari 9卫星亮温和IMERG降水输入BP神经网络模型来建立平均亮温和平均雨强关系，随后将Himawari 9卫星瞬时亮温输入BP神经网络模型来反演时刻降水；同时提出方案一利用统一修正值来融合雷达和卫星反演降水，在此基础上进一步考虑雨强等级融合的方案二进行对比，最后得到新疆地区高精度降水反演产品。 结果表明：（1） 通过亮温划分云类型可以对雷达范围内降水进行细致估算，利用亮温差异在一定程度上则可以降低非降水云的影响。（2） 卫星反演降水的均方根误差为1.793 mm·h-1，决定系数为0.572，模型精度较为合理，二分类评分结果说明模型可以较为准确地反演超过70%的降水区域。（3） 两种方案融合降水对短时小雨精度提升有限，短时中雨上方案二优于方案一，短时大雨上方案二比方案一略有下降。说明高空卫星观测和近地面降水不同步有一定影响。（4） 在95%置信区间下，两种方案较卫星反演的均方根误差和决定系数差异显著性检验P值均小于0.005，方案二较方案一的P值大于0.05。两种融合降水的方案均显著改善了卫星降水精度，但考虑雨强等级融合的方案二对统一修正值融合的方案一精度提升较小。
利用2010—2021年甘肃河东地区夏季逐小时降水观测资料，筛选出50次区域性短时强降水天气过程，从天气过程的角度分析短时强降水的强度、时空分布等特征。 结果表明：（1） 每次天气过程中，短时强降水的强度主要为20~30 mm·h-1，其占比均在60%以上，超过40 mm·h-1的占比不足10%。74%的区域性短时强降水天气过程中会出现强度超过50 mm·h-1的短时强降水。（2） 区域性短时强降水主要发生在6月中旬至8月下旬，高发期为7月下旬至8月中旬，每年都会发生，但发生频次的年际间差异较大，这与西太平洋副热带高压位置、来自南海或东海的异常暖湿水汽输送及中低纬度天气系统相互作用形成显著的斜压性特征密切相关。（3） 区域性短时强降水过程的平均落区面积仅占河东地区总面积的3.17%，且短时强降水的空间分布有地域特征，高发区主要集中在太子山、秦岭西延伸段、六盘山及子午岭附近，发生频次大值中心一般伴随着超过40 mm·h-1的短时强降水。（4） 不同环流形势下短时强降水站次分布差异明显，高原槽东移型站次分布较离散，整体而言出现短时强降水站次最多；副高边缘西南气流型中位数为四种类型最低；两高切变型短时强降水出现站次比较集中，西北气流型出现站次最少。短时强降水强度的分布差异不明显，30~50 mm·h-1的降水更多出现在两高切变型中。
黄土高原是中国气候变化敏感区，研究其积温时空变化特征有利于全面了解气候变暖背景下黄土高原温度资源状况。基于1960—2019年黄土高原55个气象站点逐日平均气温数据，利用线性拟合、突变检验及优势分析等研究方法，分析了黄土高原≥0 ℃、≥10 ℃积温初日、终日、持续日数和活动积温的时空变化特征。 结果显示：（1） 1960—2019年黄土高原≥0 ℃和≥10 ℃积温各指标变化具有同步性，均表现出初日提前、终日推迟、持续日数延长，活动积温增加趋势（P<0.01），多数指标在1990s后期至2000s前期发生转变；两类积温各指标平均值的空间分布具有一致性，均表现出初日（终日/持续日数/活动积温）自西北向东南逐渐提前（推迟/延长/增加），各指标的变化趋势空间差异明显。（2） 黄土高原≥0 ℃积温初日、终日和持续日数变化主要受纬度和海拔的共同影响，其他积温各指标变化主要受海拔的影响；≥0 ℃和≥10 ℃积温初日变化对持续日数变化的贡献率分别为65.1%、68.4%。（3） 1990—2019年与1960—1989年相比，≥0 ℃和≥10 ℃积温多数指标的趋势变化保持不变，初日变化对持续日数变化的贡献率分别下降2.3%、增加15.2%，分别表现为自南向西呈“偏高-偏低-偏高”相间分布和东南偏高、西北偏低。黄土高原≥0 ℃和≥10 ℃积温初日、终日、持续日数及活动积温对气候变暖响应显著，其变化特征具有明显的区域性和阶段性。
将农作物灌溉用水纳入全球贸易链并分析其可持续性，对于确保水资源和粮食安全至关重要。受制于经济利益与水资源开发利用之间的矛盾，农作物贸易中虚拟水可持续性的问题尚未得到足够重视。本研究基于粮农组织提供的农作物生产与贸易链矩阵数据，采用实物贸易流分析、空间相关分析及多尺度地理加权回归等方法，系统解析了2000—2019年全球农作物虚拟水贸易的可持续性时空分布、空间关联特征以及净出口水量的驱动因素。 结果显示，近20 a来全球农作物的可持续和不可持续净出口虚拟水量（尤其是棉花）均呈现出逐年波动上升趋势（约0.20 Gm3·a-1），但随着农业技术水平提升，不可持续虚拟水量在虚拟水贸易总量中的占比有所下降，从42.31%下降至41.40%。空间分析结果表明，通过全局和局部莫兰指数分析，2000—2009年全球农作物不可持续净出口虚拟水量表现出显著的空间聚集特征，但近10 a该聚集趋势逐步减弱并趋于分散。净出口虚拟水量的增长主要受耕地面积变化的驱动，而农业增加值对贸易中的虚拟水量具有显著的负向影响。本研究结果强调了持续推行严格粮食安全政策的重要性，以促进全球农作物虚拟水贸易的可持续发展，并进一步减少不可持续用水比例。
随着全球水资源短缺问题的日益加剧，准确评估水资源承载力已成为实现区域可持续水资源管理和应对气候变化挑战的关键。鉴于水资源-生态-社会系统的复杂性，单一评价方法难以全面揭示其多维交互与动态变化过程。本文综述了水资源承载力评价中耦合模型方法的应用现状与研究进展，通过系统分析法、综合评价法以及机器学习等主要评价方法，揭示其在水资源承载力评价中的优势与局限性，并特别探讨了这些方法在干旱区应用时面临的挑战。本文从动态反馈机制、非线性建模能力、数据驱动性以及适用性等方面对不同方法进行了横向对比，分析了各方法在干旱区应用的适用性与局限性，并探讨了耦合模型的可行性，为解决干旱区水资源承载力问题提供了新的思路。未来研究应聚焦于多模型集成与数据驱动优化，以提升模型的泛化能力和适用性，推动水资源管理从静态评价向动态模拟和精准预测转变，为干旱区乃至全球的水资源可持续利用提供科学支持。
水资源是维持生态系统平衡，保障人类生活和经济发展的基础，模拟干旱半干旱区生态系统水文过程能够促进当地水资源的有效利用。本文分析分布式水文-植被-土壤模型（DHSVM)和土壤与水评估工具（SWAT)两种模型在半干旱区不同类型流域的适用性。对两种模型参数进行敏感性分析与参数率定。采用两种模型分别模拟了2011—2012年和2017—2019年生长季北方农牧交错带东段西拉木伦河上游和老哈河上游流域的月径流量，其中，西拉木伦河上游流域以草地为主，老哈河上游流域以林地和农田为主。 结果表明：DHSVM模型在西拉木伦河上游水文过程模拟中有7个主要敏感参数，在老哈河上游流域中有6个主要敏感参数。SWAT模型分别选取11个和12个敏感参数。通过敏感参数率定，在西拉木伦河上游流域，DHSVM模型在率定期Nash系数为0.70，验证期Nash系数为0.11；SWAT模型Nash系数分别为0.43和0.04。在老哈河上游流域，DHSVM模型在率定期和验证期Nash系数分别为0.56和0.70；SWAT模型分别为0.86和0.54。两种模型在北方农牧交错带西拉木伦河和老哈河上游流域的水文过程模拟中都具有较好的适用性。DHSVM模型对总体径流量的模拟更准确，SWAT模型对月径流量峰值的模拟更准确。
鉴于像素级分类在光谱特征相近情况下难以准确识别冰川变化，特别是表碛覆盖区的光谱特征与周围山地、岩石相似度高，导致其提取精度较低。为此，本文以音苏盖提冰川和雅弄冰川为研究区，基于Google Earth Engine平台，结合光谱指数、微波纹理和地形特征，采用面向对象（OB）的机器学习算法进行冰川自动提取，并与基于像素（PB）分类方法进行对比。 结果表明：（1） 基于多特征融合的OB分类方法有助于提高冰川提取精度。其中，OB_RF分类的总体精度、Kappa系数和F1分数分别为98.1%、0.97和98.67%，优于OB_CART和OB_GTB方法。与PB_RF分类相比，总体精度、Kappa系数和F1分数分别提升了1.7%、0.024和5.57%。（2） 2001—2022年音苏盖提冰川和雅弄冰川年平均退缩率分别为0.08%、0.13%。（3） 音苏盖提冰川表碛区主要分布在海拔5000 m以下，而雅弄冰川表碛区主要分布在海拔4800 m以下，2001—2022年两条冰川表碛覆盖区均呈现向上扩张趋势。
氧化亚氮（N2O）是大气中重要的温室气体之一，对全球气候变暖具有显著影响。土地利用方式的改变是影响N2O排放的关键因素，尤其是在生态系统脆弱的半干旱地区，其影响机制更为复杂。然而，针对我国半干旱区复杂多样的土地利用方式如何影响土壤N2O排放，其中影响N2O排放的关键驱动因子，目前尚缺乏系统研究。为此，本文以陇中黄土高原四种典型土地利用方式：云杉林地（Picea asperata）、苜蓿草地（Medicago sativa）、撂荒地（Abandoned land）、小麦地（Wheat field）为研究对象，采用静态箱-气相色谱法监测土壤N2O通量，结合土壤理化性质数据，揭示不同土地利用方式下调控土壤N2O排放的关键驱动因子。 结果表明：（1） 与撂荒地相比，云杉林地和苜蓿草地显著提高了土壤含水量，而小麦地则增加了铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）的含量。（2） 与撂荒地相比，苜蓿草地和小麦地显著提升了硝酸还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NIR）活性，且各处理的NR和NIR活性均随土层加深而降低。（3） 在不同土地利用方式下，土壤N2O通量随植被生长阶段呈先增后降的趋势。相较于撂荒地，云杉林地和苜蓿草地的土壤N2O总排放量分别减少了34.2%、23.3%，而小麦地则显著增加了32.47%。（4） 随机森林结果表明，土壤温度对土壤N2O排放通量的影响最大。相较于撂荒地和小麦地，人工林地和草地表现出更好的减排效应。在未来的植被恢复和生态修复过程中，应注重“农林草”土地利用方式的分配比例，适当提高人工林地和草地的占比，以实现生态效益与减排效应的双重目标。
探究樟子松林土壤和根内真菌泛化种和特化种群落结构、功能差异及其与土壤理化性质的关系，旨在揭示影响樟子松林生态系统功能的关键微生物学机制。以呼伦贝尔沙地樟子松天然林和人工林（24 a、35 a、44 a）为研究对象，采用高通量测序技术解析土壤和根内真菌泛化种和特化种群落结构和功能类群差异。 结果表明：（1） 土壤和根内真菌泛化种共同保留169个OTU，土壤真菌特化种保留了603个OTU，根内真菌特化种保留了216个OTU；土壤真菌泛化种优势属为口蘑属Tricholoma和乳牛杆菌属Suillus，根内真菌泛化种优势属为口蘑属、乳牛肝菌属和Cadophora，土壤真菌特化种优势属为青霉属Penicillium，根内真菌特化种优势属为Acephala。（2） 土壤真菌泛化种共生营养型真菌占比28.49%~47.21%，优势生态功能群是外生菌根真菌，随林龄呈先增加后减少的趋势；土壤真菌特化种腐生营养型真菌占比17.01%~40.01%，与天然林相比，人工林腐生营养型真菌相对丰度低于天然林，并且随林龄增加，腐生营养型真菌呈先下降后回升的趋势；根内真菌特化种共生营养型占比43.25%~54.45%，优势生态功能群是外生菌根真菌，随林龄增加呈增加趋势，天然林相对丰度高于人工林。（3） 樟子松天然林土壤有机质、有效磷含量显著高于人工林（P<0.05），随林龄升高，人工林土壤有机质、全磷、有效氮和有效磷显著增加（P<0.05），土壤pH降低但不显著（P>0.05）；泛化种与土壤有机质、铵态氮和全钾显著相关（P<0.05）；根内特化种除了与上述因子显著相关（P<0.05）还与土壤全氮显著相关（P<0.05）；土壤特化种则与全钾、速效氮及硝态氮显著相关（P<0.05）。樟子松林真菌群落结构的驱动因子呈现显著的生态位分化特征，研究结果有助于深入理解呼伦贝尔沙地樟子松林土壤和根内真菌生态功能，为樟子松林的可持续管理与保护提供科学依据。
西北干旱区是我国典型的植被脆弱区，植被覆盖在维持该地区独特的陆地生态系统中发挥着关键作用。本研究利用Landsat数据和像元二分模型分析1990—2022年西北干旱区植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover，FVC）的时空变化规律，综合应用土地利用数据，Sen斜率估计、Mann-Kendall检验以及相关性分析等方法分析不同植被类型FVC时空变化特征以及对气候变化因子的响应。 结果表明：（1） 研究区FVC呈现波动上升趋势，上升速率每年为0.98×10-4，空间分异性特征显著，以极低植被覆盖为主，流域区域FVC较高。（2） 土地利用转型驱动FVC格局演变，林地和耕地面积增加，对FVC极高覆盖区的贡献随之增加（分别增加了3.0%、18.8%），草地仍是各覆盖等级的优势载体（平均占比>47.7%）。（3） 植被生长季平均降水量排序为灌木>林地>草地>耕地，气温变化趋势与之相反。蒸散发量依次为林地>耕地>草地>灌木。灌木覆盖区年均湿润面积占比达61.03%，耕地区不足5%。植被覆盖度与降水（52.0%）、气温（60.2%）、蒸散发及干燥度（63%）均呈负相关关系，植被对气候变化表现出显著敏感性。研究结果为西北干旱区的生态管理与恢复提供了重要依据。
当前生物多样性减少，对生态系统服务产生不利影响，探究三江源土地利用和生境质量时空演变特征对区域内生态保护修复具有重要意义。本研究基于PLUS模型和InVEST模型生境质量模块，多情景模拟预测土地利用变化和估算生境质量。 结果表明：（1） 历史时期内，草地向未利用地转移面积为9663.53 km2，转移面积占比最大，未利用地向草地转移面积仅为3659.27 km2，三江源地区草地向未利用地退化现象比较严重。（2） 2030年土地利用与生境质量多情景预测结果显示，均是生物多样性保护优于草地保护优于水资源保护优于自然发展情景。（3） 未利用地向草地转移对提高生境质量的贡献率最高为0.7167，其次是未利用地向水域转移贡献率为0.2603。推进生物多样性保护策略，解决草畜矛盾并加大对未利用地的治理，减少草地向未利用地的转移，有利于减缓生境质量降低。
陕甘宁地区气候舒适度评价对区域红色旅游资源开发、促进生态文明建设具有重要意义。利用陕甘宁地区1953—2020年逐日平均气温、风速、相对湿度等气象要素数据，基于气候舒适度综合评价模型，通过GIS空间插值、综合区划法对其气候舒适度时空分布特征进行了系统评价。 结果表明：时间分布上，5—9月陕甘宁地区气候总体较舒适，12月—翌年2月气候总体不舒适。空间分布上，陕北地区气候较为舒适，而西南部西海固地区较不舒适。在全球变暖背景下，年均舒适日数呈增多趋势，2000年后年均不舒适日数明显下降。综合区划上，西南部及中部高海拔区域气候较不舒适，其他地区气候较舒适。气候舒适度指数每变化1个单位，红色旅游客流量指数变化0.593%。延安因红色旅游资源丰富、气候适宜，其吸引力指数远超其他地区。未来需动态优化红色旅游规划，以适应气候变化和游客需求。研究为区域旅游开发和红色旅游活动提供了参考。
构建生态安全格局，精准识别生态修复关键区域，是推进国土空间生态修复的前提和保障。陇南市作为国家重点水源涵养区和长江上游生态安全屏障，其生态安全至关重要。本研究采用InVEST模型评估生态系统服务功能，结合形态学空间格局分析（MSPA）方法和电路理论构建陇南市生态安全格局并分析其演变规律。 结果表明：（1） 2000—2022年生态源地面积增加，其中康县、徽县和成县增加显著，呈现出南多北少的空间分布格局。（2） 平均阻力值呈先下降后上升的变化趋势，生态廊道长度呈先增加后减小，研究期内生态廊道净减少长度约508.94 km，空间上由中部向东南部移动的趋势。（3） 生态夹点主要位于阻力低值区域，以林地、耕地和草地为主，面积逐年减少，同期净减少面积约144.84 km2；生态障碍点数量和面积均有所减少，集中在武都区、礼县和宕昌县。研究结果可以为制定陇南市生态修复规划和区域经济高质量发展提供科学依据。
八步沙区域地处青藏高原生态屏障与北方防沙带的交汇地带，是抵御腾格里沙漠南侵的前沿阵地，评估其生态环境质量的变化对评价区域防沙治沙成效、推进“三北”工程攻坚战具有一定指导意义。本研究基于Google Earth Engine（GEE）平台数据，探讨1986—2021年八步沙区域土地利用格局变化趋势，利用归一化植被指数（NDVI）、沙漠化指数（DI）和遥感生态指数（RSEI）对区域生态环境质量的时空变化进行综合评估。 结果表明：（1） 在时间尺度上，八步沙区域荒漠面积持续减少、草地面积持续增加、植被覆盖度增加。1986—2021年NDVI和RSEI呈波动上升趋势，其中NDVI由0.14上升至0.31，增长幅度达1倍以上；RSEI由0.22上升至0.24，增幅为9.39%；DI呈波动下降趋势，由0.79递减至0.57，累计降幅达27.85%。（2） 在空间尺度上，NDVI和RSEI高值区集中在研究区南部及西北部且以林地和耕地为主，低值区分布在研究区北部且以极低覆盖度植被和荒漠为主。（3） 研究区NDVI和RSEI趋势变化以不显著/显著增加为主，DI以不显著减少为主。其中，NDVI不显著、显著增加区域占比达12.12%、61.10%；RSEI不显著、显著增加区域占比达5.06%、38.63%，生态环境质量改善区域集中在人类活动较多的西北部和东南部。1986—2021年八步沙区域植被覆盖度明显提高，生态环境质量持续改善，防沙治沙成效显著，形成了可复制的八步沙模式。
为研究黄河上游龙羊峡至积石峡流域两岸巨型滑坡地表形变特征及形变量预测，本研究以位于黄河上游贵德地区境内的席芨滩巨型滑坡作为研究区，利用小基线干涉测量（Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Rader，SBAS-InSAR）技术对席芨滩巨型滑坡开展地表形变监测，探讨了2019—2022年滑坡地表形变速率及其变化特征。 结果表明：（1） 区内滑坡体最大地表形变速率为-96 mm·a-1，最大累计形变量为464.71 mm，滑坡体前缘与后缘存在明显形变区域，其地表形变速率为-96~16 mm·a-1。（2） 基于SBAS-InSAR技术得到区内滑坡体地表布设的特征点的累计形变量，其最大累计形变量为-140.50 mm。（3） 采用长短期记忆（Long Short-Term Memory，LSTM）神经网络模型进行特征点累计形变量预测，并与支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、BP（Back Propagation）神经网络模型进行对比，LSTM神经网络模型计算得到预测结果反映出相对较高的预测精度，其绝对误差为5 mm以内，拟合优度（R2）高于0.8，反映出采用LSTM神经网络模型应用于滑坡体地表累计形变量预测有效性。研究结果可为进一步开展黄河上游巨型滑坡地表形变监测、潜在滑坡早期识别提供数据支撑和实际指导。
在沙漠环境中实施植物固沙工程，土壤水热状况是影响固沙植物健康生长的关键因素。竖管地表滴灌是为缓解土壤干旱和地表高温对固沙植物幼苗的复合胁迫而提出的一种节水控温保育新技术，其土壤水热分布及迁移状况尚不清晰，推广应用到植物固沙区缺乏理论基础。为探明竖管地表滴灌模式下灌溉参数（滴头流量和灌溉水温）和竖管参数（竖管直径和竖管埋深）对土壤水热分布及迁移状况的影响，基于HYDRUS-2D软件，构建了竖管地表滴灌土壤水热迁移数学模型，通过室内试验，验证了所建模型及其求解方法的可靠性。在此基础上，采用单因素分析法，考虑滴头流量（1、2、3 L·h-1）、灌溉水温（10、20、30 ℃）、竖管直径（9.6、11.6、13.2 cm）及竖管埋深（15、20、25 cm）4个影响因素，设计9组模拟方案，获得竖管地表滴灌不同影响参数组合下的土壤水热分布特征及迁移规律。 结果表明：（1） 整个灌水过程湿润体内取9个有代表性的点位，其土壤水热变化均是通过以水调温实现的水热耦合，灌水初期竖管内土壤水热动态变化最为明显，尤其是管内地表层；随着灌水时间的延长，管内土壤水热状况逐渐稳定，水分通过管底孔向四周渗透，管外各点位土壤水分快速增加并趋于稳定，而温度则受灌溉水温的影响而略有增减。（2） 滴灌期间竖管直径对土壤水热状况的影响不显著，竖管埋深主要是影响土壤的水分状况，对土壤热环境的影响也不明显。不同竖管埋深情况下管外土壤湿润体水分分布以管底为分界线，其上部同一点位处的土壤含水率随埋深的增大而减小，其下部同一点位处的土壤含水率则随埋深的增大而增大。（3） 滴头流量对土壤温度分布的影响相对有限，但其是影响土壤水分状况的关键参数，滴头流量越大，管外同一点位处的土壤含水率越高。（4） 灌溉水温对土壤水分分布的影响相对微弱，但其是影响土壤温度状况的直接因素，灌溉水温越高，管内外同一点位处的土壤温度越高。（5） 在竖管直径和埋深固定难以调整的情况下，通过调整滴头流量和灌溉水温，可有效实现根区土壤水热调控。该研究可为固沙植物竖管地表滴灌工程设计、运行和管理提供科学依据。
研究磷肥滴施条件下棉花生长对土壤温度的响应，旨在探索土壤温度调控棉花根系生长对提高棉花磷肥利用率方面的作用及机理。采用盆栽试验，设置三个土壤温度梯度：低温（LT：11~18 ℃）、中温（MT：22~26 ℃）和高温（HT：30~34 ℃），单因素试验，水浴锅控温。分析不同土壤温度对棉花生长性状、生物量、根系分布、土壤有效磷分布和棉花磷素利用效率的影响。 结果表明：随着土壤温度的提高，棉花株高、茎粗、叶片数和生物量均表现出抛物线变化趋势，在中温（22~26 ℃）时最大；0~5 cm土层棉花根系长度随土壤温度的增加而增加，高温处理下较低温和中温处理分别高5.2%~126.9%、4.9%~62.3%，5 cm土层以下，棉花根长随温度增加而减少，其中，中温处理根长最长，比低温和高温处理分别高81.68%~98.43%、170.17%~218.35%；各处理土壤有效磷含量表现为温度越高土壤有效磷含量越低，中温和高温处理较低温处理分别降低了13.7%和20.5%；中温处理棉花磷素吸收量和磷素利用率均最高，低温次之，高温最低，其中，中温棉花磷素吸收量比低温和高温处理分别高49.69%、89.36%，磷素利用率分别比高温和低温处理高了一倍和50%。综合考虑土壤温度对棉花生长、根长和土壤有效磷分布、棉花磷素吸收量和磷素利用率的影响，适宜棉花生长并提高磷素利用效率的土壤温度范围为22~26 ℃。
