土壤湿度是陆面过程的关键因子，通过其显著的“记忆效应”可以持续影响后续季节的降水变化，而欧亚大陆春季土壤湿度对中亚夏季降水影响的研究还十分有限。基于1961—2020年CRU月尺度降水、CPC月尺度土壤湿度，以及ERA5月平均环流场的再分析资料，分析欧亚大陆春季土壤湿度与中亚夏季降水的联系及其影响过程。结果表明：欧亚大陆春季土壤湿度总体呈现西部和北部高、东南部低的分布特征，东欧平原为主要高湿中心，且在过去60 a呈显著增湿趋势。通过奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）分析发现，欧亚大陆春季土壤湿度异常与中亚南部夏季降水之间存在显著正相关关系，当东欧平原土壤湿度偏高时，中亚南部降水显著增多，其相关关系独立于ENSO信号。春季土壤湿度正异常可以通过调制中亚副热带西风急流位置，增强高空辐散和中低空层辐合，促进水汽输送和汇聚，从而形成有利于中亚南部夏季降水发生的环流配置。研究成果揭示了欧亚大陆春季土壤湿度对中亚夏季降水的非局地影响，为中亚夏季降水预测提供了科学依据。

塔里木盆地地形复杂，暖季降水预报的不确定性显著。为了深入认识中国气象局区域高分辨率数值模式（CMA-MESO）在塔里木盆地的降水预报性能，基于2023—2024年暖季CMA-MESO预报数据与地面观测资料，采用多种降水检验指标，系统评估了该模式对塔里木盆地暖季降水的预报偏差。结果表明：CMA-MESO总体上能较好地模拟盆地暖季降水的空间分布特征。随着海拔升高，TS评分上升，而PC评分下降。降水频率预报偏差幅度在亚高海拔区最为显著，正偏差中心带集中分布在昆仑山西段迎风坡，24 h和1 h降水频率预报最大偏差分别为44.1%和11.6%。TS评分的日变化显著，并呈昼高夜低的特征，这种昼夜偏差在低海拔区最为显著。从降水强度的变化看，CMA-MESO模式对24 h和1 h有效降水的TS评分分别为34.4%和8.8%，但随着降水强度的增加，预报性能迅速下降。值得注意的是，1 h降水预报的概率密度偏差主要集中在0.1~2 mm，针对性订正该区间预报可更有效地降低整体降水频率偏差。研究结果可为CMA-MESO在干旱区复杂地形下的降水预报改进及防灾减灾业务提供科学依据。

本文利用2014—2024年夏季巴音布鲁克国家基本气象站数据、2014年8月系留气艇探测与火箭探空数据及同期ERA5再分析资料，分析了该地区夏季大气结构特征，评估了ERA5再分析资料在高寒山区的适用性。结果表明：（1）天山巴音布鲁克盆地平均气温为11.14 ℃，东风为夏季近地面主导风向。强辐射逆温与低比湿是该地区低空大气的显著特征。白天气温随高度递减，近地层比湿5~6 g·kg^-1高于上层3~4 g·kg^-1。夜间近地层风速波动较大，日间200~800 m风速近似垂直，中高层存在风速大于30 m·s^-1的强风带。（2）大气边界层高度日变化明显，夜间稳定层结下，基于位温梯度法确定的边界层高度（平均274~356 m）显著高于基于风廓线法确定的边界层高度（平均164.9~166.3 m），对流混合作用下两者趋于一致。天山巴音布鲁克盆地层结以稳定型为主，且稳定度随高度增强。（3）ERA5再分析资料在自由大气与实测温湿数据相关性较高，相关系数在0.99~1.00；但对近地面逆温模拟过程存在偏差，02:00气温相关系数为0.67，14:00比湿相关系数为0.39。本研究深化了对高寒山区边界层物理过程的理解，为改进天山巴音布鲁克盆地数值天气预报与气候模式的物理参数化方案提供了理论依据。

使用探空、地面自动气象站数据、大气颗粒物浓度数据、L波段低对流层风廓线雷达、拉曼-米散射气溶胶激光雷达、微波辐射计数据及ECMWF（ERA5）0.25°×0.25°再分析数据，对2023年4月18—19日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了锋区结构特征及其对沙尘扩散影响分析，结果表明：（1）地面强冷锋导致此次沙尘暴发生，沙尘暴发生时，近地层大气超绝热，大气为静力不稳定状态。沙尘暴期间PM₁₀最大值为9878 μg·m^-3，PM_2.5最大值为1737 μg·m^-3，最低能见度为0.1 km。（2）对流层顶折叠南侧为极锋急流，高空急流-锋面次级环流将急流动量下传到地面加速地面大风。近地面锋区陡立处，锋生达到8.0×10^-8 K·s^-1·m^-1。锋区内锋生由散度项与变形项共同贡献，锋区前侧锋生则受倾斜项主导。锋生强度与沙尘暴强弱变化趋势一致。（3）随着锋面过境，风向从东风转为西北风，沿锋区高度形成垂直风向切变。锋面冷空气楔入和辐射降温共同作用，在210 m处形成逆温层，逆温强度达1.3 ℃·（100m）^-1。受贴地逆温和锋区风向切变共同影响，高浓度沙尘被抑制在500 m高度以下时长达4.5 h，最大消光系数为5.0 km^-1，最大退偏振比为1.0。随着高空锋区高度的显著抬升，沙尘逐渐向上输送，但高空锋区风向切变限制了垂直传输高度，在高度2500~3200 m附近形成高浓度滞留带。高空急流南移后，锋面次级环流下沉支动量下传所形成的边界层低空急流加速了沙尘的水平扩散过程。

水资源是影响干旱地区生态系统稳定性和植被生长发育的核心要素，开展流域植物水分来源解析，对了解干旱地区生态水文过程具有重要意义。本文以典型依赖地下水的生态系统（Groundwater-Dependent Ecosystems，GDEs）——乌鲁木齐河流域为研究区，结合氢氧同位素示踪技术、直接对比法、稳定同位素混合模型（IsoSource）与稳定同位素贝叶斯混合模型框架（MixSIAR），定量评估了大气降水、地表水、土壤水和地下水对植物木质部水的相对贡献，并探讨其对GDEs的影响。结果表明：当地大气降水线（Local Meteoric Water Line，LMWL）为：δ²H=6.96δ¹⁸O+4.44（R²=0.95），植物木质部水的同位素值完全落在土壤水与地下水的分布区间内，直接对比法揭示了草本与灌木在水源利用上的生态位分异。基于偏差（Bias）和平均绝对误差（MAE）对模型在类别层面的表现进行评价，MixSIAR模型较IsoSource模型更稳定，后者对灌木植物δ²H预测出现了显著的系统性负偏差-8.481‰，模型结果显示，灌木对深层土壤水（2.5~3 m）和地下水的总利用率高达48.4%，体现了其对深层水源的依赖，这也意味着，当深层土壤水和地下水发生剧烈波动时，将直接威胁灌木生存，并可能进一步引发GDEs的退化甚至崩溃，因此，灌木的水分利用状况可作为GDEs健康状况的重要敏感指标。本研究将植物水分来源解析置于GDEs保护框架下，构建“水分来源-植被策略-GDEs健康”的研究体系，可为乌鲁木齐河流域植被恢复与水资源管理、生态地下水位的划定及GDEs的保护提供科学依据，助力干旱区域生态屏障功能的可持续保护工作。

为解析新疆精河流域干旱区冰川融水补给型水文过程对气候与土地利用的敏感性特征，提出针对性管控与适应性措施，本研究应用SWAT-GL模型突破传统SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型在冰川融水补给型流域的模拟局限，系统解析蓝绿水时空演变规律，构建SWAT-GL-FLUS（Future Land-Use Simulation）-CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）多模型耦合框架预测未来情景模式下的蓝绿水时空变化并提出适应性管理策略。结果表明：（1）SWAT-GL模型率定/验证期R²、NSE均>0.7，较传统SWAT模型精度提升，模拟径流与实测径流一致性良好。（2）流域蓝水占比52%无显著年际趋势，绿水48%与降水同步上升；空间上蓝水“上游-下游”递减，绿水“上游低-中游波动-下游高”，不同年型下蓝绿水空间分布特征差异显著。（3）未来气候情景下，降水上升，气温“高碳>中碳>低碳”，蓝水减少、绿水增加，空间分布延续“蓝水递减、绿水递增”格局，高碳驱动效应显著。

硝酸盐与氟化物复合污染严重威胁干旱-半干旱灌区的生态环境安全与人体健康，但目前针对杭锦旗黄河南岸灌区该类污染的系统研究仍较为薄弱。基于此，本研究于2024年11月在研究区采集89组水样，包含39组地下水样品、39组渠水样品及11组黄河水样品，综合运用自组织映射神经网络（SOM）、主成分分析（PCA）与蒙特卡洛模型（MCM），系统探究水体硝酸盐、氟化物的富集特征、驱动机制及人体健康风险。结果表明：研究区水体整体呈弱碱性，pH值介于7.35~9.41，总溶解固体（TDS）含量为418~30000 mg·L^-1，部分水样中硝酸盐与氟化物浓度超出Ⅲ类水质限值。SOM分析将89组水样划分为3类（C1~C3），其中C1为硝酸盐、氟化物含量中等的Ca·Na-HCO₃型水体，C2为硝酸盐、氟化物高富集的Na-SO₄·Cl型水体，C3为高盐度Na-SO₄·Cl型水体。氢氧同位素示踪结果证实，研究区地表水与地下水主要接受大气降水补给，且受蒸发作用影响显著。PCA共提取3个主成分，包括水-岩相互作用（57.30%）、水体碱性环境（14.62%）和人为输入（10.84%）；其中，人为输入是硝酸盐富集的主导因素，水-岩相互作用与水体碱性环境协同驱动氟化物释放。健康风险评价结果显示，研究区地下水健康风险最高，且儿童非致癌风险显著高于成人。综上，研究区需优先强化地下水硝酸盐与氟化物污染防控，重点保障儿童饮水安全。

为探究自然与人为因素对地表水质的交互驱动机制，本研究以博斯腾湖及出入湖河流为对象，运用内梅罗指数法评价水质，结合灰色关联分析、空间自相关与最优参数地理探测器模型，识别水质指标的关联特征、空间聚类及因子交互作用。结果表明：（1）孔雀河源头为Ⅱ类水质，其余河流均为Ⅰ类，湖水以Ⅱ类为主（59.3%），河流水质整体优于湖内。（2）湖水TDS均值（819.49 mg·L^-1）显著高于河流，且与河流输送关联较弱。（3）COD_Mn、F^-、pH和TDS呈现显著空间聚集特征。（4）年降水量（自然因子）是主要驱动要素，距主要道路距离（人为因子）次之，自然因子整体影响更强；任意两因子交互均呈双因子增强效应，解释力高于单因子。研究揭示了自然-人为因子对干旱区湖泊水质协同作用的复杂机制，凸显气候与人类活动交织影响下河湖系统的非线性响应，为西北干旱区湖泊-流域可持续管理提供科学依据。

本研究以宁夏盐池县荒漠草原区未种柠条样地为对照（CK）和柠条不同种植年限样地为研究对象，比较分析柠条引入对土壤碳氮组分及大孔隙的影响。结果表明：0~10 cm土层，与CK相比，土壤颗粒有机碳（POC）在11 a龄样地降低，有机碳（SOC）、矿物结合态有机碳（MAOC）、易氧化有机碳（EOC）、可溶性有机碳（DOC）含量均随种植年限呈上升趋势，其含量峰值依次出现在26 a龄、16 a龄、26 a龄和37 a龄样地。全氮（TN）、硝态氮（ $N{O}_{3}^{-}-N$）含量在26 a龄、37 a龄样地分别提升74.5%、868.07%；10~20 cm土层中，26 a龄样地TN增幅达196.4%，37 a龄样地铵态氮（ $N{H}_{4}^{+}-N$）增幅高达22.8%。CT扫描显示土壤大孔隙网络随年限演变，37 a龄样地孔隙数量密度提升131%，16 a龄样地连接度最优（177.95），土壤大孔隙发育与碳氮组分含量存在显著阶段性相关关系，孔隙生成可促进活性有机碳累积；16 a龄、26 a龄样地的孔隙高连通性推动土壤氮素转化；而37 a龄样地孔隙结构趋于复杂，造成土壤碳、氮储存效率出现分化。

阐明不同植被类型及坡位因子对土壤有机碳（SOC）空间分异特征的影响，能够为区域生态恢复与碳库管理提供科学依据，助力服务“碳中和”目标。本研究以黄土丘陵区典型小流域为研究对象，采集4种土地利用类型和5种坡位1 m深度内土壤剖面样品，运用一般线性模型和地统计学方法分析SOC分布特征及影响因素。研究表明：（1）SOC含量在不同土地利用类型间存在显著性差异（P<0.05），草地（6.70 g·kg^-1）最高，其次为林地、灌木地和农田。（2）SOC含量从坡顶到沟底呈递减趋势，坡顶SOC含量较沟底高51.3%。（3）坡位、土层深度及二者交互作用对SOC空间变异的解释度分别为32.3%、33.8%和24.5%。（4）全流域0~100 cm SOC储量约为19.2×10⁴ t，SOC储量随土层深度的增加而递减。黄土丘陵区小流域SOC空间分异受植被类型与坡位协同调控，天然草地和坡顶是关键固碳区，农耕活动削弱碳汇。本研究为生态恢复优化提供依据。

本研究以古尔班通古特沙漠梭梭（Haloxylon ammodendron）、小果白刺（Nitraria sibirica）、角果藜（Ceratocarpus arenarius）3种常见植物凋落物为研究对象，采用裂区试验设计，设置紫外去除（UV-）和紫外通过（UV+）2种辐射处理，结合地表与地上2种凋落物位置，通过为期357 d的野外分解试验，探究紫外辐射对不同位置凋落物分解及N、P养分释放的影响。结果表明：紫外辐射不同程度地促进了荒漠植被凋落物的质量损失，经过357 d的分解，相较于紫外去除，紫外通过处理下梭梭地上、小果白刺地表及角果藜地上和地表凋落物的分解速率分别显著增加49.12%、23.72%、30.10%、17.84%，而在同一紫外辐射处理下，3个物种地表凋落物的分解均显著快于地上凋落物。在整个试验期间，地表和地上放置的梭梭和小果白刺分解过程表现为N、P养分的净释放，而角果藜P养分出现了不同程度的固持；与紫外去除相比，紫外通过在一定程度上促进了3物种凋落物分解过程中养分的释放，但其影响的大小和方向因凋落物放置位置和分解时间而异，经过357 d的分解，小果白刺地上和角果藜地表凋落物N、P释放分别显著增加21.5%和11.1%、21.9%和8.1%。本研究结果表明，紫外辐射是影响旱区凋落物分解及养分释放的关键环境因子，对准确预测旱区生态系统养分循环具有重要作用。

为揭示青藏高原干旱区盐碱地人工分层配土（Artificially Layered Soil，ALS）方式对植被光合能力的影响，评价光合-光响应模型在该地区典型植被中的适用性，以花土沟地区典型植被榆树为研究对象，设置ALS与野外原状土（Field Undisturbed Soil，FUS）两种处理。于2024—2025年生长季（7—9月），在典型晴朗天气下，采用GFS-3000光合仪测定榆树叶片在14个光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）梯度下的净光合速率（Net Photosynthetic Rate，P_n），构建P_n-PAR曲线；选取直角双曲线模型（Rectangular Hyperbola Model，RH）、非直角双曲线模型（Non-rectangular Hyperbola Model，NRH）、直角双曲线修正模型（Modified Rectangular Hyperbola Model，MRH）与指数模型（Exponential Model，EM）进行拟合，并以决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和参数变异系数（C_v）评价模型表现。结果表明：ALS处理下榆树P_n整体高于FUS，最大净光合速率较FUS提高45.85%~111.11%，且气孔导度（G_s）整体更高、高值持续时间更长，弱光段表观量子效率（Apparent Quantum Yield，AQY）总体更高，表明ALS分层结构可能通过调节土壤水盐过程、改善根际环境，协同增强榆树高光潜在光合能力、气孔调节能力与弱光利用效率。模型适用性方面，四种模型均能描述P_n-PAR总体趋势，其中NRH与MRH整体拟合误差更小、参数更合理；综合拟合优度与参数稳定性，模型适用性排序为：NRH≈MRH>EM>RH。本研究揭示了青藏高原干旱区盐碱地两种土壤结构下植被光合响应特征及模型适用性差异，可为该区植被恢复、盐碱地改良及光响应模型选择提供数据支持与理论依据。

为了解黄土高原不同类型生态系统碳源/汇的时空变化和影响因子，本文估算了2001—2024年黄土高原7类生态系统的植被净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity，NEP），使用Theil-Sen Median趋势分析与Mann-Kendall显著性检验分析及重心转移等方法探究黄土高原NEP的时空变化，并借助岭回归分析了环境因子对不同类型生态系统NEP的贡献。结果表明：2001—2024年黄土高原NEP呈上升趋势，空间分布呈“东南高、西北低”的特征，各生态系统NEP增长显著，森林生态系统最为明显，其年均增量为5.61 g C·m^-2。NEP重心经纬度变化幅度小，有向北和向东迁移的趋势。植被归一化指数（NDVI）和叶面积指数（LAI）是影响黄土高原NEP的主要因子，NDVI对各生态系统NEP的相对贡献量均超过49%，LAI均超过18%。降水、潜在蒸散发和气温的影响较小，相对贡献量分别为5.96%、4.71%和4.23%。总体上，黄土高原不同生态系统NEP的变化趋势及影响因子对NEP的贡献存在显著差异，其中，NDVI和LAI是主导因子，降水、蒸散发和气温的贡献相对有限。

新疆地处我国西北干旱区，在“一带一路”倡议推动和向南发展的背景下，其社会经济发展和生态保护之间的矛盾备受关注。本文基于2003—2023年新疆3期土地利用数据计算土地利用强度和景观生态风险分析的适宜空间粒度和幅度，在此基础上计算土地利用强度和景观生态风险指数及二者耦合协调度，最后分析耦合协调度时空变化特征。结果表明：（1）新疆土地利用强度和景观生态风险评估的适宜空间粒度和幅度为80 m和10.5 km。（2）土地利用高强度、景观生态低风险和耦合协调度高值区域主要集中在人类活动频繁的天山北坡、伊犁河谷及塔克拉玛干沙漠绿洲区域，土地利用强度和景观生态风险分别呈上升和下降趋势，耦合协调度先降低后增加，整体低于0.7，严重失调、初级协调面积逐渐减少，轻度失调、良好协调面积逐渐增加。（3）耦合协调度高-高聚居区呈现“E”字型分布格局，西北高东南低，不同耦合协调类型区景观生态风险变化大于土地利用强度。（4）社会经济因子解释力强于自然因子，其中GDP和夜间灯光解释力最为显著；区域耦合协调度受自然禀赋、经济、政策影响，兵团和南疆地州市变化最为明显。

植被是陆地生态系统的重要组成部分，其时空动态对全球变化与人类活动的响应极为敏感。塔里木河下游地处我国典型的干旱荒漠区，厘清区域植被覆盖演变规律和主要驱动因子对生态保护和恢复具有重要意义。本研究基于1990—2025年塔里木河下游长时间植被遥感数据，采用线性趋势分析和显著性分析方法，揭示归一化植被指数（NDVI）的时空变化规律；进一步结合最优参数地理探测器模型，系统分析气温、降水、太阳辐射等自然因素及土地利用类型、人口密度、夜间灯光等人为因子的独立解释力和交互作用及其对植被空间分布的影响模式。结果表明：（1）1990—2025年塔里木河下游NDVI整体呈阶段性显著上升趋势，但不同时段的增长速率差异明显，2000年前植被指数波动上升，2001—2010年快速增长，而后维持平稳上升趋势。（2）空间格局呈现“绿洲核心区植被持续增强、外围荒漠局部退化”的演变模式，即河道沿线及绿洲核心区植被覆盖稳步提升并向边缘扩张，绿洲核心区外围发生退化。（3）基于1990—2020年7期时序数据的因子探测结果显示，土地利用类型始终是影响NDVI空间分异的主导因子，其解释力由0.23增加到0.74；人口密度、夜间灯光表征的人类活动相关因子解释力呈现显著上升趋势，且多因子交互作用进一步强化了对植被格局的共同塑造。本研究量化自然因素与人类活动的交互影响机制，为深入理解干旱区植被覆盖的复杂驱动提供了科学依据，同时构建的分析框架也为评估生态恢复工程的综合效益提供方法论支撑。

构建未来不同情景土地利用变化下生态安全格局，为流域尺度生态经济可持续发展的规划和决策提供支持。利用FLUS模型模拟石羊河流域2035年土地利用格局，涵盖自然发展、耕地保护与生态保护三种情景，采用InVEST模型量化产水量、土壤保持和碳储量服务功能，应用“绿额分配”经验方法计算粮食生产服务功能，并基于层次分析法建立综合生态系统服务指数（CES），利用形态学空间格局分析模型（MSPA）及电路理论构建石羊河流域生态安全格局。石羊河流域2020年综合生态系统服务指数CES均值为0.2362，自然发展、耕地保护、生态保护情景下CES均值分别达0.2402、0.2415、0.2435，流域生态系统服务总体水平实现提升；2020年现状年流域生态源地总面积7218.3 km²，现状和未来情景下生态廊道数量依次为55条、49条、52条、53条，基于生态源地及廊道空间分布规律构建石羊河流域“一带、三区、多点”总体生态安全格局，同步制定生态系统适应性管理与保护策略。研究成果可为石羊河流域生态空间的管控与优化提供科学参考。

土壤盐碱化是我国面临的重要土地退化问题，也是制约干旱、半干旱区农业可持续发展的主要问题。盐碱地土壤结构不良、肥力差、生物活力低等障碍，导致作物生长困难、土地产能低。优化土壤结构和提升肥力是盐碱地改良的核心，也直接关系到盐碱地的农业利用潜力。本研究以中重度盐碱地适生先锋植物草木樨（Melilotus suaveolens）为对象，通过对节水滴灌种植下盐碱地土壤结构、土壤肥力的变化分析，探究现代节水滴灌种植模式下盐碱地生物改良效果。结果表明：草木樨种植后，0~20 cm表层土壤容重显著下降（P=0.015）、土壤水稳定性团聚体粒径变化不明显；土壤耕层盐分降低了4.469 g·kg^-1，八大离子中除HCO₃^-外，其余离子在土壤0~20 cm耕层均呈下降趋势；0~60 cm土层全氮含量显著提高（P=0.03），但全钾含量减少，有机质、硝态氮和铵态氮含量减少，全磷含量变化不明显。草木樨作为两年生的耐盐先锋植物，在第一年生长季即表现出较好的增肥改土作用。研究表明，西北内陆干旱区新垦中重度盐碱地种植豆科耐盐先锋植物草木樨，可起到快速培肥和改土的效果。

为探究有机肥对不同盐渍化土壤的改良效果及对棉花产量与纤维品质的影响。针对高盐分（HS）、中等盐分（MS）、低盐分（LS）3种不同盐渍化梯度的土壤，分别设置底施鸡粪、底施牛粪和无底肥（CK）的大田试验，探究耦合条件下土壤理化及棉花产量品质响应特征。结果表明：施用有机肥显著促进了棉花生长和产量品质的提升，且效果随盐渍化程度增加而减弱。有机肥显著改善了土壤的理化性质，对土壤EC的降低效果随盐渍化程度增加而增强，在HS处理下，土壤EC较CK降低了14.87%~19.98%；对土壤肥力的提升效果则随盐渍化程度增加而减弱，在LS处理下，有机质、速效磷较CK分别提高7.10%~12.79%、5.17%~10.33%。牛粪效果明显优于鸡粪，LS、MS处理下，牛粪处理产量较鸡粪提高2.38%~4.36%。LS处理下棉花产量较CK提高了12.68%~15.36%，马克隆值降低了2.63%~7.90%。利用PLS-PM进一步表明，有机肥通过降低土壤盐分和提升土壤肥力来影响棉花生物量，进而影响产量和品质。研究结果可为不同盐渍化程度土壤的有机肥改良提供理论参考。