伊犁河流域是天山降水量最大的区域，也是强降水频发区域，研究不同时间尺度极端降水精细化特征对气象预报、防洪减灾有科学意义。利用伊犁河流域地区2010—2021年暖季（5—8月）近300个区域自动站小时降水数据，以最新一代全球降水测量计划（GPM IMERG）卫星降水产品为初始场，实况降水为观测场，通过最优插值（OI）将偏差订正后的IMERG降水量估计值与雨量计实况相结合，运用概率密度匹配与最优插值两步融合校正方法（PDF-OI），获得高分辨率（0.1°×0.1°）逐小时多源降水融合资料，分析伊犁河流域极端降水特征。结果表明：（1） 小时降水量极端值（22.5~38.9 mm）出现在流域北部及东段海拔较高的山区；极端降水强度在2000 m的中海拔平山区较强，强度与极端降水阈值空间分布相似，而频次分布则不同，频次随海拔升高逐渐增多。（2） 小时极端降水日变化在流域北部最大，河谷山区次之，东段居第三位，而流域南部最小；极端降水频次日变化流域南部最大，河谷山区次之、东段居第三位、北部最小。（3） EP_{1 h}（小时极端降水）阈值最大值8.5 mm、最小值1.2 mm，EP_{3 h}（3 h极端降水）阈值空间分布与EP_{1 h}相似，即降水阈值由流域中海拔区域向高海拔山区逐渐减小，EP_{6 h} （6 h极端降水）与EP_{12 h} （12 h极端降水）阈值分布从2000 m和3000 m开始向高海拔区域逐渐减小。

基于1972—2022年逐日降水资料、ERA5高分辨率逐月再分析资料，应用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解、合成分析等方法，分析山西北部地区极端降水年际和年代际变率特征。结果表明：（1） 山西北部10个极端降水指数空间分布特征为西南部高于东北部地区，而持续湿期日数（Consecutive Wet Days，CWD）中部大于东部和西部。2010年之后山西北部旱涝交替、极端事件频发。（2） 夏季极端降水偏多年，山西北部受贝加尔湖地区异常槽区底部控制，得到源于西太平洋、日本海、南海的水汽输送，对流层上层200 hPa存在辐散异常，垂直方向存在显著的上升运动异常，造成夏季极端降水增多、强度偏强。极端降水偏少年，山西北部受贝加尔湖较强的高压脊向东南方向发展影响，北方干冷空气南下阻挡水汽输送，对流层大气动力条件也不利于产生极端降水。（3） 在年代际时间尺度上，山西北部地区呈西南部极端降水偏多、东北部偏少的空间分布特征。极端降水多雨时段（2009—2016年），山西北部存在异常的偏北气流和局地气旋环流，有冷暖空气交汇，西南部地区有强的低空辐合和显著的上升运动异常，有利于极端降水增多；少雨时段（1982—1990年）的特征则相反。

利用山西省109个气象站点1981—2023年短时强降水资料和近12 a 980个区域气象站分钟降水数据及社会经济资料，采用概率密度计算，分析不同历时、不同等级的短时强降水概率密度空间分布特征，并采用模糊层次分析法、半梯形分布模型，对短时强降水概率密度大值区所在的垣曲县和晋城城区进行灾害风险评价,进而完成山西省短时强降水灾害风险区划。结果表明：（1） 1 h和6 h强降水概率密度具有南部大于北部、同纬度东、西山区大于中部盆地的分布特征。（2） 垣曲县是40 mm≤R(1 h)<60 mm、80 mm≤R(1 h)<93 mm、110 mm≤R(6 h)<130 mm、130 mm≤R(6 h)<218 mm的概率密度最大值区域，晋城城区是20 mm≤R(1 h)<40 mm、 60 mm≤R(1 h)<80 mm、80 mm≤R(6 h)<110 mm的概率密度最大值区域。（3） 将评价区域灾害风险分为低风险、次低风险、中风险、次高风险和高风险5个等级，根据评价区域目标层的权重向量和指标层的模糊综合评价结果，计算获得垣曲县和晋城城区最大隶属度分别为0.3195和0.7005，模糊综合评价结果分别为次高风险和高风险,评价结果与灾情调查结果吻合。（4）山西省灾害风险区划显示：晋城市大部、长治市中东部、运城市中北部、临汾东南部县区、吕梁的柳林县、太原的小店区以及晋中的局部县区和乡镇是短历时强降水灾害的高风险区。

基于2023年11月—2024年3月在乌鲁木齐开展的大气边界层强化观测试验数据，验证了微波辐射计温度反演数据的可靠性，并探讨中天山北坡不同海拔高度下温度廓线分布特征以及不同类型逆温等对空气质量的影响。结果表明：2000 m以下微波辐射计温度廓线与探空数据的各层相关系数都超过0.94。冬季随着海拔高度的下降，市区从南到北逆温层顶底温差、逆温层厚度分别近似以2.1 ℃·（100m）^-1、186 m·（100m）^-1幅度增加。全市8:00前后逆温最强，且夜间以接地逆温为主；白天逆温逐步减弱，午后市区从南到北分别是逆温消失、脱地逆温、接地逆温状态。空气质量指数（Air quality index，AQI）由Ⅰ级向Ⅳ级上升时，不同海拔高度的逆温层厚度、顶底温差、逆温强度同步增加，其中逆温层顶底温差增幅为2~6 ℃。当AQI≥Ⅴ级时，上述逆温参数较Ⅳ级略微减小。这种变化表明在污染最为严重的阶段，可能区域传输、化学转化等因素影响突出。

为揭示干旱区城市湖泊对极端高温的局地气候调节机理，基于WRF_CLM耦合模式构建4层嵌套网格，模拟了2021年7月29—30日银川阅海湖区域的高温天气过程。结果表明：（1） WRF_CLM模式能精准模拟银川站气温日变化特征，并良好再现低层温度场、风场等物理量场的空间分布，证实其在干旱区湖泊微气候模拟中具有良好的适用性。（2） 在高温天气下，位于干旱区的阅海湖可通过热力与动力协同作用有效抑制城市热岛强度：白天，干旱区低湿度与强辐射显著增强蒸发冷却，使近湖区2 m气温较外围城市区降低约4 ℃；夜间，陆面强辐射冷却与水体降温滞后效应叠加，使湖区与城市区温差缩小至不足1 ℃，形成“昼强夜弱”模式，这种变化还减小了湖区气温日较差。（3） 辐射蒸发作用使湖区较城市区相对湿度提升4%~12%，湿度在下风向湖岸达峰值。（4） 湖陆热力差异有效驱动了湖陆风，白天湖面形成水平辐散中心，作用范围延伸至湖岸0.05°，垂直方向则激发中心高度2200 m的闭合环流圈，并构成比湿核心区；夜间蒸发减弱后，城市背景风系主导水汽扩散，湖区局地增湿效应减弱。该研究量化了干旱区典型湖泊局地气候效应，可为生态城市规划提供科学依据。

气候剧烈变化使得极端降水事件频发，流域防洪减灾能力面临前所未有的挑战。疏勒河流域气象、地形、水文和植被等要素的组合极易形成洪水，流域现有的防洪模型预测水平较低。为了解决疏勒河流域防洪需求，开发疏勒河流域数字孪生平台并提高平台的精细化预测与模拟水平，构建了以改进SCS产汇流模型和SRM融雪模型为核心，并以马斯京根河道演进模型耦合的洪水预测模型；在缺资料区采用SCS-CN扣损法计算净雨量，并以三角形概化单位线实现高效汇流；针对高寒融雪洪水，引入SRM并将日尺度细化为时段计算。将疏勒河上游划分为121个小流域单元，建立“数据底板-模型平台-知识平台”的数字孪生架构，实现模型注册、参数率定、实时驱动与滚动预报。以2023年“0711”洪水进行参数率定，洪峰流量误差6.8%，峰现时差2 h；2024年7月15日洪水实测应用中，平台提前72 h发布预警，预报洪峰438 m³·s^-1、峰现时间7月15日12:00，实测分别为491 m³·s^-1与14:00，误差满足《水文情报预报规范》SL250-2000要求。系统及时支撑水库预泄与下游避险，有效削减洪灾损失。研究提升了洪水预测精度，为智慧水利和韧性建设提供智能化解决方案。

黄河“几字弯”区域作为黄河流域重要产沙区及水蚀风蚀交错地带，其水沙关系受风沙活动与极端降水的双重干扰，呈现高度复杂性。基于黄河“几字弯”毛不拉孔兑、西柳沟和皇甫川流域1964—2020年的水文气象数据，采用Mann-Kendall检验、双累积曲线法和累积距平法等，揭示了水沙时空变化规律及驱动因素。结果表明：（1） 三个流域年径流量和输沙量均显著下降，但下降速率未完全遵循自西向东梯度变化，表明人类活动调控效应超越了自然地理梯度约束。（2） 水沙突变年份与关键生态工程实施时间高度吻合，如毛不拉孔兑、西柳沟对应退耕还林还草政策的实施及淤地坝建设，皇甫川对应禁牧政策。（3） 研究流域水沙锐减主要由人类活动驱动，其对径流和输沙减少的平均贡献率达90%以上，且调控效应随生态治理工程持续推进显著增强。研究成果可为黄河流域差异化生态治理提供科学依据。

为探究宁南山区典型植被坡面土壤侵蚀特征及其水动力学机制，采用控制变量法开展野外冲刷试验，系统分析了不同坡度（10°、15°、20°、25°）、不同土地利用类型（耕地、草地、灌木）和不同冲刷强度（4 L·min^-1、8 L·min^-1、16 L·min^-1）对坡面侵蚀过程的影响。结果表明：（1） 同一土地利用类型下，坡度与冲刷强度对产沙量的影响随坡度增大呈现较为强烈的增长趋势，其中坡度对侵蚀过程表现出更为显著的促进作用。25°坡度、16 L·min^-1冲刷强度组合下的耕地产沙量最大，达到15.64 kg；10°和4 L·min^-1组合下的灌木产沙量最小，仅为0.03 kg。（2） 水动力参数与产沙量呈现显著相关性（P<0.05），但主导因子随冲刷环境条件改变，其中低冲刷强度4 L·min^-1下草地和灌木单位水流功率贡献度均可达44.19%，而高冲刷强度16 L·min^-1下各能量参数对产沙量的贡献度均接近于20.00%。（3） 因子交互作用呈现非线性演变特征，单因子直接作用在低冲刷强度4 L·min^-1时贡献度较高，但随着冲刷强度增加到16 L·min^-1，单因子主导性显著减弱，多因子交互作用贡献度增加。本研究可为区域水土保持措施的坡位配置优化提供理论支撑，对实现生态脆弱区侵蚀精准防控具有重要实践价值。

卫星时相的季节性差异，可直接影响冰川多年变化趋势研究的准确性。利用2000—2023年暖季（6—9月）逐日MODIS影像，通过逐日积雪面积序列与冰川区逐年最小积雪面积建立统一对比标准，评估时相偏差对冰川时序变化的影响程度，分析冰川区积雪面积多年动态变化特征。结果表明：（1） 卫星影像时相偏差导致冰川面积估算偏差最高可达-23.25%，即使时相处于6—9月期间，偏差仍可达到7.75%。（2） 在消除时相偏差的影响后，发现已有的针对各拉丹东与阿尼玛卿地区冰川变化的研究结果，明显低估了近20 a来冰川变化的下降趋势，其中阿尼玛卿冰川面积缩减率达到17.03%，高于原有的认识。（3） 基于2000—2023年最小积雪面积时间序列，近24 a各拉丹东冰川区年缩减率为0.24%·a^-1（累计减少5.42%），阿尼玛卿冰川区为0.43%·a^-1（累计减少9.82%），各拉丹东冰川区年最小积雪面积下降趋势显著，而阿尼玛卿冰川区下降趋势不明显，这与已有的认识不同。（4） 以两个冰川区为典型代表，青藏高原腹地冰川区积雪面积通常在8月中上旬达到最小值，选取该时期或临近2旬的卫星影像，时相偏差一般小于0.5%，选择6月初或9月底的卫星影像，时相偏差可能带来12%以上的结果偏差，且6月的影像时相偏差一般小于9月。

为探究双龙沟矸石山不同修复年限人工沙棘林地植物物种多样性及土壤养分的变化规律。以修复3 a、6 a和11 a人工沙棘林地为研究对象，并以未修复的矸石荒山为对照（CK），通过实地调查植被生长情况与土壤养分测定，采用时空替代法探究植物-土壤间的相关性。结果表明：（1） 在修复过程中，样地内出现24科48属65种植物，其中菊科植物占比最大。（2） 随修复年限增加，植物个体数量、物种数、Simpson优势度指数和Margalef丰富度指数整体呈现上升趋势，在修复11 a样地达到最大值，分别为1234株、34种、0.277和3.213； Pielou均匀度指数与Shannon多样性指数整体呈下降趋势。（3） 随土层加深，土壤全氮、全磷、有机质、铵态氮和速效磷显著降低，表聚现象突出；随修复年限延长，全磷、硝态氮和铵态氮含量显著提升。（4） 植物物种多样性与土壤养分密切相关，植物个体数与硝态氮、铵态氮呈极显著正相关，与速效磷呈极显著负相关；植物物种数与土壤pH、全磷、硝态氮、铵态氮呈极显著正相关。Simpson优势度、Margalef丰富度与全磷、硝态氮、铵态氮显著正相关，Pielou均匀度则与速效磷显著正相关，表明土壤全磷、硝态氮、铵态氮和速效磷是影响该区域植物物种多样性的关键养分因子。随着人工修复年限延长，显著提升了双龙沟矸石山地植物物种多样性和土壤养分含量，为废弃矿区生态系统的恢复提供科学依据。

氮、磷合理施肥是促进沙地樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）生长发育的重要举措。本文以毛乌素沙地樟子松为研究对象，以未施肥处理为对照（CK），设置N1（氮46 g·株^-1）、N2（氮92 g·株^-1）、P1（磷18 g·株^-1）、P2（磷36 g·株^-1）、P1N1（磷18 g·株^-1、氮46 g·株^-1）、P1N2（磷18 g·株^-1、氮92 g·株^-1）、P2N1（磷36 g·株^-1、氮46 g·株^-1）及P2N2（磷36 g·株^-1、氮92 g·株^-1）等8个施肥处理，研究氮磷施肥处理下樟子松叶片的营养元素、叶绿素、丙二醛及超氧阴离子含量，并分析以上指标间的相关性及综合排序。结果表明：单施氮肥或磷肥、氮磷肥配施后，樟子松叶片中全氮、全磷、全钾、总钙、总镁含量普遍显著增加（P<0.05），氮、磷施肥有利于氮、磷、钾、钙、镁的获取及吸收。随氮肥或者磷肥的施用量的增加，叶绿素含量并未显著增加甚至存在降低的现象。与CK相比，P1、P1N1、P1N2、P2N1等施肥处理下丙二醛含量显著降低（P<0.05），与氮肥相比，磷肥的适当添加可增强植物的抗逆性。与CK相比，P1N1、P1N2、P2N1施肥处理下超氧阴离子含量显著降低（P<0.05），即氮磷配施更有利于植物抵抗氧化损伤。基于隶属函数值及施肥成本，P1N1为最佳施肥配比。通过以上研究，以期为沙地樟子松的合理施肥管理提供理论依据。

科学量化评估黄河流域新质生产力与生态韧性的耦合协调度及其交互响应关系，对于推动流域生态保护具有重要的科学意义和实践价值。在构建黄河流域新质生产力与生态韧性评价指标体系的基础上，综合运用Kernel密度估计、Dagum基尼系数分解法、耦合协调模型和面板VAR模型探讨了2013—2022年黄河流域新质生产力与生态韧性耦合协调度的时空分布特征及交互响应关系。结果表明：（1） 黄河流域新质生产力与生态韧性耦合协调度水平有了明显提升，但距离优质协调还存在较大空间。（2） 流域间差异贡献率达60%~70%，是区域失衡的主要原因，尤其以上游与中下游间的“断层式差距”较为突出。（3） 黄河流域新质生产力和生态韧性具有明显的“自我增强效应”，二者之间存在“短期抑制、长期促进”的动态交互响应关系，尚未形成良性循环。本研究为因地制宜促进黄河流域新质生产力发展，推动黄河流域新质生产力和生态韧性协同发展提供了参考价值和科学依据。

疏勒河流域属于典型的干旱区绿洲-荒漠生态系统，生态环境条件脆弱，科学调控土地利用对于区域发展和生态保护至关重要。基于2012年、2017年和2022年高分辨率遥感影像解译获取的土地利用数据，结合Markov-PLUS模型，设定自然发展、耕地保护和生态保护三种情景，对2035年流域中下游生态脆弱区土地利用进行预测并评估流域生境质量变化。结果表明：（1） 2012—2022年流域土地利用呈现明显的向好趋势，盐碱地、未利用地呈显著减少趋势，面积分别减少484.08 km²和654.61 km²，同期湿地、灌木面积分别增加228.69 km²和502.33 km²。（2） 流域生境质量水平整体较低，2012—2022年平均生境质量为0.2799，以低生境质量为主，占研究区面积的54.28%，但整体呈改善趋势。（3） 2035年三种情景中，灌木和湿地增加，盐碱地和未利用地面积继续减少，生境质量主要呈现由“低水平向高水平”的转变，生态保护情景生境质量最优，较2022年提升7.25%。在西北地区持续暖湿化背景下，应继续加强土地利用优化配置与科学管理。

利用2020年5月18—22日5次飞机机载观测数据，对青藏高原东北部大气气溶胶的颗粒物粒径分布和浓度垂直差异进行分析，构建背景气溶胶谱特征。结果表明：（1） 研究区域中分散云系自西向东移动，云顶高度（Cloud Top Height，CTH）在8000~10000 m之间。后向轨迹表明6000~7000 m主要受周边环境传输影响，高空气溶胶粒子与远距离大气传输相关，来自青藏高原边缘。（2） 大气气溶胶平均有效直径（r_e）为0.68 μm，平均浓度（N_a）为10²~10³ cm^-3。气溶胶谱型为多峰型。（3） 气溶胶分为3种模态，Mode I的N_a为10² cm^-3，Mode II的N_a为10¹ cm^-3，Mode III的N_a为10^-1~10⁰ cm^-3。N_a随高度升高而降低，随着温度（T）的下降而下降，N_a与T呈显著正相关。随相对湿度（RH）的升高，气溶胶谱型不变，但气溶胶粒子数（dN_a）和粒子直径（D）的比值（dN_a/dD）逐渐上升。（4） 云滴离散度（ε）表征云滴大小的不均匀性，7000~8000 m时ε值较高在0.4左右，该高度处云滴尺度变化最显著。文中对ε-N_a进行了线性拟合和幂指数拟合，两种拟合均表明ε-N_a为负相关关系。

作为青藏高原东北缘粮食生产核心区，河湟谷地耕地的可持续利用对于区域保障粮食安全和生态安全具有重要意义。基于长时间序列高精度土地利用数据，运用地形梯度因子、核密度分析、PLUS模型和标准差椭圆理论相结合的方法，分析了1980—2020年河湟谷地耕地的时空变化、聚集特征、地形梯度分异规律和时空演变趋势，并探讨了耕地变化的驱动因素。结果表明：（1） 1980—2020年河湟谷地耕地总体呈减少趋势，共减少119.24 km²，主要转出为草地、水域和建设用地。（2） 耕地具有明显的“河谷密、山地疏”的空间分布格局，研究期内耕地空间分布的重心向西北方向整体移动了2.277 km，其分布范围总体在收缩。（3） 耕地集中分布于海拔低于2772 m、坡度小于15°的丘陵和平原的阳坡地带，这些区域受人类活动影响显著，耕地减少明显。（4） 人口密度为耕地面积变化的主导因子，其贡献度高达0.11，其次为距铁路距离、年均风速、海拔和地均GDP；耕地增加面积主要分布在大通河和黄河沿岸，湟水西宁市段的耕地面积急速减少。河湟谷地耕地的分布和变化具有显著的地形梯度分异，需秉承因地制宜原则，促进该地耕地资源的可持续发展。

天山北坡经济带农业资源利用存在的水资源短缺、生态脆弱和生产结构不合理等挑战，与农业土地资源利用模式密切相关，亟需对其农业土地资源利用模式及其可持续性进行系统分析和评估。本文首先分析了1990—2020年区域农业土地资源利用过程与转型，并总结了36种农业土地资源利用模式；然后构建涵盖经济、生态和管理维度的评价框架，对高效节水灌溉和农业机械化2种典型模型进行了可持续性评估。高效节水灌溉模式在社会经济与技术进步的推动下逐步优化，综合效益持续提升，2020年已达到最高的I级水平，经济、社会和生态效益显著。农业机械化模式在21世纪快速发展，2020年同样达到I级高水平，农机化保障能力的不断增强是核心推动力。未来天山北坡经济带农业土地资源利用需向智能化、高效和生态可持续性的高质量发展路径转型。