利用SiB2 模型对中国东北地区农田、草地和森林3 种土地利用类型的地表能量平衡过程展开研究，分析不同土地利用类型对生物地球物理参数（反照率和粗糙度）、能量平衡（净辐射、潜热和显热）和气候（冠层温度）的影响。结果表明：①模型模拟的地表能量平衡与实测数据的年变化动态相似（R²>0.42），差值保持在±30 W/m²，温度在±4 ℃。②利用相同气象数据模拟不同土地利用类型通过生物地球物理过程对地表能量平衡和气候的影响，发现森林吸收的净辐射最高且主要用于潜热分配，农田的净辐射最低且主要用于显热分配，草地净辐射和能量分配居中。③生态系统获得的净辐射主要受反照率的影响，净辐射分配受叶面积指数的调节。④冠层温度（℃）受反照率和净辐射在潜热和显热间分配的相对重要性的影响：年平均值为森林（7.7）>农田（7.64）>草地（6.67）。⑤降水对模拟结果有显著影响，是森林模拟差异的主要原因。在不同土地利用类型中，降水增加土壤水分，净辐射更多分配到潜热，较少分配到显热，降低冠层温度。

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区，是中国北方典型风蚀区，其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障，为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程，指导区域的荒漠化防治，，基于气象、遥感数据，利用RWEQ模型定量分析了20 世纪90 年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局，揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明：锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39 亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主，主要集中在植被较好，风蚀力较低，降雨量较高，雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地；90 年代以来，锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势，主要与风场强度的减弱，植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季，风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关（r>0.7，p<0.01），且近20 年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。

根据历史文献记载，分析了长江中下游地区1620 年冬季的积雪特征与寒冷程度；估算了1620 年长江中下游地区及9 个地点相对于1961-1990 年的冬季气温距平。结果表明：①1620 年长江中下游地区冬季积雪期在30~100 日之间，其中荆州积雪期最长，可能达百日之久；合肥、霍山、南京、巢湖等地积雪平均达70 日左右；安庆、武汉、常德、长沙、景德镇等地积雪40~60 日不等；苏南、上海等地积雪日数相对较少，也达30 日左右。②1620 年长江中下游地区极端寒冷，冬季的区域平均气温较现代（1961-1990 年）低约4.4℃；其中景德镇的冬季气温负距平最大，较现代平均低约5.7℃；其次为霍山、合肥、常德、武汉和上海，其冬季气温距平在-5~-4℃之间；长沙冬季气温负距平虽相对最小（低约3.6℃），但仍远低于器测时期的极端最低值。

气候系统主要通过气温、降水及风场等因素影响沙漠化过程，但不同区域其影响机制存在较大差异。目前的研究结果表明，总体上，降水对沙漠化的影响较为明确，降水量增加有利于沙漠化逆转。气温和风场变化对沙漠化的影响存在明显区域差异：在季风带沙漠化区，气温升高及高空盛行西南风有利于沙漠化逆转；在非季风带沙漠化区，一方面气温升高导致蒸发量增加，沙漠化发展；另一方面，其增加了冰川、冰雪融水的补给，沙漠化逆转；在高寒带沙漠化区，旱灾和寒冻灾害是沙漠化的主因。此外，沙漠化过程通过植被、地表及土壤特征等的改变影响气候系统。例如沙漠化过程的发生伴随地表植被覆盖的变化，并通过改变地表反照率、潜热通量、粗糙度等来影响气温、降水等气候因子；还通过沙尘释放量的变化来影响降水的发生。虽然沙漠化与气候系统间存在多种反馈机制，但反照率—气温—降水—植被的正反馈及沙尘—降水—植被的正反馈是其主要反馈机制。

中南半岛森林覆被是热带地区极为重要的自然资源，对当地生态环境和社会经济发展都有重要影响。本文从遥感监测与制图、时空变化格局、影响因素和生态环境效应4 个方面，系统总结和评述了中南半岛森林覆被变化的研究进展，并对研究问题和发展方向进行了讨论。研究表明：①中南半岛森林覆被遥感监测数据源由光学遥感逐渐转向雷达遥感，监测方法向采用多分类器和多源信息转变，监测对象主要是天然森林覆被，人工林监测仍面临多重困难；②1980-2010 年期间，中南半岛不同地区森林覆被变化时空差异明显，其中，在1990 年前森林覆被面积为净增加，之后净减少；在空间上，泰国、老挝、缅甸和柬埔寨森林面积在1990 年后均持续减少，只有越南呈增长趋势；③中南半岛森林覆被变化的直接驱动因素主要为经济林扩张、刀耕火种农业、道路建设和商业采伐，间接驱动因素包括人口、社会经济和政策等因素，主要表现为森林数量变化、森林退化和森林再生/恢复等方面，其程度与干扰方式、强度、频率直接相关；④中南半岛森林覆被变化的生态环境效应主要体现在水分效应、大气环境效应、土壤效应和生物效应4方面。

环境污染是影响区域可持续发展的重要因素，经济增长与大气环境污染的关系及其时空演变格局是地理学等相关学科的研究热点。本文以山东省为例，选取SO₂、粉尘两项指标反映大气污染状况，采取LMDI分解模型、脱钩模型以及地理空间分析等研究方法，探讨山东省工业经济增长的大气环境污染效应及其时空格局，得出以下结论：① SO₂排放总量呈现上升—下降—回升—下降的趋势，拐点分别在1997、2002 和2005 年；粉尘总体呈现先上升后下降的趋势，拐点在1997 年；大气污染与工业经济基本实现了从相对脱钩向绝对脱钩的转变，总体趋势有所改善。② 从污染物排放总量以及分年度数据来看，规模总量效应是造成SO₂、粉尘等大气污染物排放量增加的主要原因；技术效率效应是造成污染物排放总量减少的主要原因；结构减排效应对于污染物减排起到一定作用，但效果并不明显。③ 就空间格局来说，淄博、莱芜、枣庄等地区地均SO₂排放量较高，菏泽、临沂等鲁西、鲁南地区相对较低；济南、淄博、莱芜、烟台和枣庄等鲁中、鲁东以及鲁南地区地均粉尘排放量较大。针对上述研究结果，提出制定差别化区域政策、优化工业布局、创新环境管理措施、实施大气环境信息公开等相关对策。

中国东南部地区由于临近太平洋，常年受到季风水汽的影响，应用降水等各种水体中的氢氧稳定同位素信息来追踪大气水循环路径，已成为近年来较为常用的方法。本文根据中国东南部地区15 个站点夏季风盛行期间(6-9 月)的氢氧同位素资料，运用瑞利分馏理论，并结合水汽贡献率模型，对当地6-9 月大尺度水汽循环模式、下垫面水体对高空大气的水汽贡献率以及云下二次蒸发效应进行了探讨。基于模拟结果和实测结果的对比分析显示，水汽的运行模式符合瑞利分馏理论。从沿海向内陆，水体的蒸发补给作用在逐步增强。应用水汽贡献率模型计算下垫面水体蒸发的水汽对上风向水汽的补给率，结果表明，东南部地区不同区域的水汽贡献率介于1.4%~4.1%之间，平均水汽贡献率为2.2%。通过计算所有数据的平均过量氘值(d)，并与全球水循环平均状态下的d值(10‰)进行对比后发现，水体蒸发的补给作用与二次蒸发效应同时存在，且呈现此消彼长的趋势，越靠近内陆，二次蒸发作用的影响越微弱。

冰芯是重建古气候重要的信息载体,因具有分辨率高、保真性强、信息量大、时间尺度长等优点而成为研究热点。中国自1986 年在祁连山敦德获取第一支冰芯起,相继在青藏高原地区钻取了古里雅、马兰、达索普、普若岗日、东绒布等冰芯。本文重点回顾和总结了利用上述冰芯重建古气候的研究成果,分别论述了冰芯作为信息载体反映古气候的主要指标,包括氧同位素与温度、冰芯积累量与降水、大气气溶胶与古环境、微量元素与古环境、冰芯包裹体与古环境,以及冰芯内微生物与古环境的关系等。青藏高原地区冰芯对过去一些极端气候事件、中世纪暖期、小冰期、冰期—间冰期旋回、厄尔尼诺事件、太阳活动规律,以及工业革命以来的全球气候变暖均有不同程度的响应,但纬度差异导致青藏高原地区的响应机制有别于南北极地区;并进一步对比说明了受不同季风系统影响的冰芯在重建古气候上的异同。最后,基于当前研究状况,就加强多学科交叉与创新、新技术应用与代用指标开发、冰芯记录影响因素评估及量化模型构建等未来需要深入的研究方向进行了展望。

重建历史时期的气候变化可为分析当前气候变化规律和模拟未来气候变化趋势提供历史参考情景。古代私人日记中保存的气候信息,因其直观性强、分辨率高等特点而受到研究者的重视,成为重建历史气候时使用较多的一类代用数据。近年来,国内外学者利用日记资料,已经重建了多个地区历史上的温度、降水及物候变化,并已逐步由定性描述发展到定量研究。本文从代用指标、研究方法、研究成果3 个方面,对基于日记的历史气候重建研究成果进行综述,得到以下结论:① 重建指标选取上,国内外均较常使用天气情况日数和感应记录两类指标;此外,国内常用自然生长植物的物候期,而国外还使用风向、云量等指标;重建指标类型可分为定量、半定量、定性3 类,定量与定性指标使用较多,半定量指标使用相对较少。② 重建方法上,中外研究者多采用定性分析法和定量转换法等;资料校对方法上,西方学者多采用器测资料进行检验,国内则常选用方志与官私文件进行校订。③ 国外研究的重建内容主要涉及区域温度和降水;而国内除了温度和降水重建外,还研究了沙尘和梅雨等中国特有的天气气候现象。利用日记重建历史气候的优势在于,日记中保存的历史气候信息细节丰富、时间分辨率高,因而能够很好地保证重建结果的准确性。未来这一领域的研究还应继续改进代用指标的定量转换和重建结果的校验方法,并加强对不同区域、不同时段的同类研究结果的集成研究。

植被富集环境中持久性有机污染物(POPs)的途径有多种,其中以植物叶片富集大气POPs为主要的途径。因此,植被(地衣、苔藓、草地、松针和树皮)被广泛用作被动采样器,以动态地监测不同时间和空间尺度上大气POPs 的污染水平与特征。大气—植物的气体交换过程影响着POPs 的大气传输,进而影响POPs 在区域甚至全球尺度上的空间分布。研究发现,植被是POPs全球循环的"汇区"。植物富集的POPs会进入陆生食物链,并随食物链营养级的升高而产生生物放大效应,对人体健康产生潜在的威胁。本文简要介绍了植被对POPs富集的研究进展,综述了地衣、苔藓和草地作为被动采样器监测大气POPs时空分布的研究,并指出了目前研究中亟待解决的问题及未来可能的研究方向。

太阳总辐照度(TSI)变化是影响地球气候变化的重要因素,对TSI 的监测与重建是研究太阳活动驱动全球气候变化机制的重要基础。本文回顾了地基平台和卫星平台的TSI 监测历程及其取得的主要研究成果,分析了利用宇宙成因核素和地外天体信息重建TSI 的研究进展及所存在的问题,并对该领域未来的发展方向进行展望。现有的地基平台和卫星平台TSI 监测资料表明,太阳活动周期中TSI 的变化幅度很小,不足以引起各种记录中所观测到的气候变化。但太阳物理领域迄今尚未完全解译TSI 变化的物理过程,加之TSI 监测资料所限,难以判定其过去或未来的变幅,需整合现有3 种主要的数据合成方法,并继续坚持TSI 长期监测。此外,还需利用宇宙成因核素、地外天体信息反演等新方法重建过去太阳活动所造成的TSI 变化,以获得长周期TSI变化序列。

利用1951-2008 年中国北方348 个站的夏半年逐日降水资料,首先把整个北方分几个区分别建立夏半年最长连续无降水日数时间序列;然后采用经验模态分解(EMD)方法求出该序列的本征模态函数(IMF),分析各序列的不同时间尺度的变化,又用小波变换等方法分析各序列的转折点。结果表明,北方4 个区(东北、华北、西北东部和西北西部)夏半年最长连续无降水日数的变化主要是由前2 个较高频的本征模态函数分量构成,它们的方差贡献占总方差的80%左右,说明3～4 年、7 年左右尺度的振荡对整个序列的变化起主要作用。较低频的分量则反映10～15 年以上的年代际变化。近58 年来,东北、华北、西北东部的最长连续无降水日数都呈增加趋势,北方大部分地区干旱化加剧;而西北西部则呈减少趋势,干旱趋于缓解。近十几年来较明显的变化是东北趋于变干,西北东部趋于变湿。各区最长连续无降水日数显著增加的年份,东北、华北在1992 年前后,西北主要在1960 年前后,相应地,这些地区发生明显的干旱情景。分析所用的时间-空间尺度不同,所得到的结果可能有所不同。

本研究利用从WorldClim 获得的高分辨率气象数据分析稳定同位素温度效应,研究发现最热季度的平均气温与中国62 个站点同位素年平均值之间表现出很好的相关性(R²=0.79)。在此基础上利用地统计学方法,也就是采用温度作为辅助变量的空间插值算法——局部平均的简单克里金法(Simple Kriging with locally varying mean,SKlm),对中国降水中稳定同位素年平均值空间分布进行了模拟,得到了较高分辨率的中国降水中年均δ¹⁸O空间分布图,该图能够较好地表现区域同位素变化模式,能够反映如降水汽团的来源、性质等的气候环境背景,也能在一定程度上反映包括当地的纬度、地形、海拔高度等在内的局部地理因素。

本文采用湖南省88 个地面气象站点1960-2009 年的逐日降水资料,运用一元线性回归、M-K突变分析及小波分析等方法分析了湖南省50 年来区域暴雨极端事件的时空分布特征及变化趋势。研究表明：过去50 年暴雨极端事件增多、强度增大。暴雨极端事件有波动上升的趋势,20 世纪60 年代和80 年代偏少,70 年代和90 年代偏多;在80 年代末到90 年代初暴雨极端事件由小变大是一突变现象,且存在2 年、5 年、7 年和21 年左右的周期振荡。降水量明显高于平均值的月份集中在4-8 月,而暴雨降水量和暴雨总次数明显高于平均值的月份集中在5-8 月。降水量湘西地区可能更加少雨,湘北洞庭湖区和湘中部分地区有可能向多雨转变的趋势;湘东和湘南有可能向干旱转变。暴雨降水量、最大日降水量、暴雨次数、暴雨强度和降水集中率在湘中、湘西南和湘西北个别地区可能比原来更少,其余地区均可能增多。

积雪特殊的物理特性对冰雪水文过程、积雪生态系统、不同尺度的气候系统有重要影响。目前对林下积雪物理特性缺乏系统性研究,因此对天山雪岭云杉林下季节性积雪深度、沉降速率、密度和含水率进行观测分析。结果表明：林下积雪深度小于开阔地;林下积雪沉降速率和新雪密实化率小于开阔地,且稳定期沉降速率小于融雪期。稳定期林下积雪密度小于开阔地,林下雪层密度最大值位于中粒雪层,开阔地则位于粗粒雪层;融雪期则全层密度趋于一致。稳定期林下雪层含水率随深度递减,开阔地雪层最大值出现粗粒雪层;融雪期雪层汗水峰值出现在细粒雪层,新雪层最小,林下雪层由细粒雪层到深霜层始终呈减小趋势,开阔地雪层由细粒雪层至中粒雪层逐渐减小,粗粒雪层至深霜层逐渐增大;稳定期雪层含水率日变化随深度的递减逐渐减小,开阔地大于林下;开阔地的新雪层和细粒雪层含水率的日变化大于林下,粗粒雪层到深霜层则小于林下。

大量研究表明气候变暖已是不争的事实。众所周知,气温变化与生物活动息息相关,在目前动植物急剧减少与灭绝的背景下,在自然因素与人为因素双重作用下,未来气温的变化趋势成为研究热点。本文根据山东省117 个气象站1970-2007 年的气温资料,首先利用分形理论中R/S 分析法,分析山东省气温变化是否存在趋势性成分。其次利用GIS 技术研究山东省近40a 气温数值及分布的变化特点。结果显示：H指数不等于0.5 的概率为100%,表明山东省气温存在趋势性成分。其中春季、夏季及冬季气温将继续保持过去上升的趋势,等温线分布逐渐具有无规则的特点且局部小气候分布将增多,由此看见,人为因素对气温影响逐渐增大;秋季未来气温出现反差的概率较高。

随着城市化进程的加快,生态空间在区域大气污染改善中的角色越来越重要。本文从区域内部地域构成的空间异质性视角,采用干沉降模型,建立植被对大气污染削减效应与空间特征的表征方式,用以揭示不同次区域中绿地对大气污染削减研究的重点和特色。研究表明,“中”次区域污染削减量明显高于“高”、“低”次区域,然而“中”次区域绿地功能的发挥仍处于污染驱动阶段;“高”、“低”次区域已进入绿地功能驱动阶段,生物多样性、生态结构和景观格局对大气污染削减的影响更加突出。森林下垫面对大珠三角地区SO₂、NO₂、PM₁₀污染物的削减率分别为1.3%、0.7%和4.1%。最后,提出结合资源禀赋和城市发展特征开展绿色空间的功能导向型研究,并探讨了未来研究发展的主要趋势和重点问题。

GDAS数据集中的大气强迫数据是目前使用最广的用于陆面模式模拟地表水热参数的输入数据集,除模型本身外,可以说这些输入数据决定了模型的模拟精度。虽然这类数据具有空间分辨率低、空间代表性和精度有限的缺点,但在没有更好办法的现实条件下,现阶段多数研究者还是以此为依据进行陆面过程的模拟分析。本文的目的就是对目前普遍使用的GDAS强迫数据和NOAH陆面模式在中国应用的模拟精度进行检验,是模型和数据不做任何改动条件下的检验结果,给出客观的评价,以作为数据和模型使用者的参考依据,引起研究者的重视。利用中国3 种典型生态系统的地面实测数据进行检验的结果显示：①GDAS强迫数据中的短波净辐射数据和总净辐射数据质量非常好,可以作为重要的辐射数据源使用;②GDAS的降雨数据与地面雨量筒实测数据比较误差较大,但综合考虑降雨数据验证时的尺度效应问题和目前降雨空间数据资源十分有限,GDAS的降雨数据仍具有很高的实用价值;③NOAH模拟的地表潜热、显热通量和0-10cm表层土壤含水量数据在时间变化趋势上与地面观测结果较一致,说明模拟结果能够很好地反映地表真实的变化过程,但在具体量值上仍存在较大差异;④NOAH模拟对土壤热通量的模拟精度较差。

由于在海拔梯度上各种环境因子表现出连续的梯度性变化,以海拔梯度为平台研究植物叶片性状的适应特征有助于揭示植物对气候变化的响应,进而可以为研究全球变化与陆地生态系统的关系提供研究基础。本文重点分析了植物的叶寿命、比叶面积、叶氮含量、叶绿素含量等叶片结构性状和气孔导度、叶片羧化效率、水分利用效率和叶片δ¹³C等叶片功能性状随海拔梯度的变化规律和特点,探讨了植物叶片性状的研究不足及未来发展方向,以便为国内相关研究的开展提供参考。