目的:了解北京地区室外环境空气中氡及氡子体浓度水平，分析其变化规律及影响因素。方法:采用氡及氡子体浓度在线连续测量装置，测量周期为60 min，在北京地区不同方位的3个观测点，进行为期1年的长期连续测量。结果:北京地区室外空气中氡浓度年平均值为(10.9±4.9)Bq/m 3，氡子体浓度(平衡当量氡浓度)年平均值为(5.8±3.4)Bq/m 3、平衡因子年均值为0.52±0.19；观测到氡及氡子体浓度有类似的日变化规律，最高值出现在清晨时段，最低值出现在下午黄昏时段、没有观测到平衡因子有日变化规律；氡及氡子体浓度月平均值在4～5月份较低，在11、12月和次年1月份相对较高。 结论:为期1年的在线连续测量结果表明，北京地区室外空气中氡及氡子体浓度年均值与世界均值水平接近，低于抓取式采样测量给出的我国典型值；氡及氡子体浓度日变化规律与国内外类似测量研究结果相同，季节变化规律具有北京地区局地气候影响特征。

城市气候与人居环境交互影响.局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)推动了城市形态刻画与气候演变规律探索,为城市气候与人居环境研究提供了统一框架.学术界对其研究大多聚焦在城市热环境和气候风险方面,正在向多要素气候模拟和考虑社会经济因素方向发展.审查了主题、方法和主要结论,发现"局地气候分区"、"城市热岛"、"地表温度"、"管理"和"社区"出现频率最高.采用文献计量和专题分析方法,梳理并总结了 2012-2023 年 6 月LCZ城市气候与人居环境研究在LCZ制图、相互作用和适应性策略三方面的进展,并展望了未来的研究重点.结果表明,① 全球已在超过 280 座城市开展了LCZ研究,LCZ全球数据集的推广扩大了研究尺度且丰富了研究内容;② 大多研究分析了风热环境为主的气候要素在局地尺度上的时空特征,探讨产生异质性的原因及其对人居环境的作用机理,揭示了城市蓝绿空间对于优化冷却效果、防范和治理热源等缓解性策略的重要性.其中自 2018 年起LCZ热环境研究向多元化发展,研究区域开始出现大都市圈或城市群;③ LCZ能够辅助识别人居环境中高度暴露和脆弱的地区,近年来的研究趋向于在气候/生态风险评估中寻找适应性策略,且更加关注易感人群和低收入者.综述将有利于LCZ框架下城市气候与人居环境研究现状和发展趋势的宏观把握,为后续研究提供思路.

林火直接破坏森林资源,改变森林的结构与功能,影响局地甚至全球气候状况并威胁人类生命和财产安全,在气候变暖背景下林火将更加频发,因此开展林火预测/预报研究至关重要.利用MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)的温度异常/火产品(MOD14A1)获取逐日林火数据,分析了 2001-2018 年中国西南地区林火时空分布特征;采用随机森林算法,综合考虑气象、地形、可燃物状况及植被等林火驱动因子,构建了中国西南地区干、湿季林火发生预测模型,系统分析了西南地区干湿季林火发生的主要驱动因子.结果表明:(1)中国西南地区林火主要集中分布于云南大部、四川西南部及贵州南部地区,并呈集聚分布特征;林火多发于干季,占林火发生总次数的 96.5%,年林火发生次数呈阶段性变化特征,2001-2014 年呈现显著增加趋势,随后表现为不显著减少趋势;(2)构建的干、湿季林火发生预测模型能较准确地模拟林火发生状况:训练期模型准确率分别处于 82.94%—83.99%与85.12%—90.31%之间,AUC(Area Under Curve)值分别处于0.908-0.914 与0.922-0.965 之间;测试期模型准确率分别为 79.73%和 83.27%,AUC值分别为 0.886 和 0.855;(3)海拔是西南地区林火发生最关键的限制因子,林火多集中于中海拔区,而在低海拔和高海拔地区林火不易发生,这与人类活动密切相关.当日的气象条件是干季林火发生次重要的驱动因子,可燃物的温湿度状况则是湿季林火发生次重要的驱动因子.FWI系统指标(Fire Weather Index)在西南地区有较好的适用性且对于区域干湿季林火发生均有重要的影响,因此在西南地区林火预测/预报工作中有必要引入FWI系统指标.

植被通过光合作用固定大气中的CO2来减缓温室效应,同时植被也通过改变地表能量收支影响温室效应.在过去的气候-植被研究中,大多关注气候变化对植被的影响,而植被对气候反馈的研究相对较少.植被通过调节地表能量收支、水通量等重要地气过程影响局地、区域乃至全球气候,在气候变化中的作用十分重要.因此,需要厘清植被对气候的反馈效应机制及其结果,并识别其地域差异.从生物地球物理和生物地球化学过程两方面分析植被与气候之间的作用机制,对全球及关键区域内植被变化对局地、区域乃至全球的气候反馈效应进行了系统总结:(1)生物地球物理反馈的区域特征明显,生物地球化学反馈则表现在全球尺度上,二者相互作用但难以统一;(2)植被破坏带来的气候影响在气温效应方面与生态系统的类型及地理分布相关:热带森林破坏带来增温效应,北方森林破坏带来降温效应,温带森林破坏则会通过增加森林反照率抵消丢失的固碳降温效应,气温效应表现不明显;(3)当前研究对关键过程机制考虑不够完善,不同研究方法的结果差异较大,且缺乏高质量观测数据的验证;同时考虑生物地球物理和生物地球化学的净气候反馈研究尚无法支撑植树造林对气候变化单一减缓作用的常规理解.本文可为科学评估植树造林对气候变化作用的方向与强度提供理论依据.

中国南方湿润区局地气候条件多变、下垫面情况复杂,导致蒸散发的测算较为困难.树木蒸腾是森林蒸散发的关键组成部分,树干液流监测成为树木蒸腾耗水研究的主要手段.杉木(Cunninghamia lanceolata)林作为新安江源区的代表性植被,对该区的水源涵养、水土保持及气候调节等至关重要.该研究基于树干液流测定系统量化新安江源区杉木树干液流速率(Js),结合气象梯度塔监测和土壤含水率连续观测,揭示杉木生长季(2020年4-9月)环境因子对Js变化的作用机制.主要结果:杉木Js呈显著季节性变化,其平均值8月最大,5月最小;环境因子中太阳净辐射(Rn)及饱和水汽压差(VPD)与Js的相关性最强;主成分分析结果显示,在小时及日尺度上主成分1的方差贡献率分别达59.1％、57.9％,其中,VPD和Rn对主成分1起主要作用,是影响该区杉木树Js变化的关键环境因子;观测期Js峰值提前于VPD约(20±3)min,滞后于Rn约(100±5)min.杉木生长季由降雨产生的土壤含水率差异未对Js产生显著影响,而不同天气条件下Js存在较大差异,晴天Js较高,主要呈单峰变化且启动早结束晚,雨天Js呈多峰型变化,启动晚结束早.

蓝绿空间作为城市绿色基础设施的重要组成部分,对促进城市热环境健康、改善局地微气候具有重要作用.利用Landsat 8遥感影像、土地利用等数据,基于辐射传输方程算法、K均值聚类算法、相关性分析等方法,量化了典型的高密度中心城区——北京五环快速路以内地区的1199块1hm2以上的蓝绿空间冷岛效应的表征指标,并分析与蓝绿空间规模、形状复杂度、景观组成、环境组成、植被覆盖等要素的相关关系,还根据蓝绿空间的不同降温特性进行分类,探讨每类蓝绿空间在缓解高密度中心城区热岛效应中的独特作用、优势与机制.结果表明:(1)蓝绿空间的规模、形状复杂度、景观组成等景观要素与冷岛效应的关系显著,如总面积、绿地面积和水体面积与降温幅度、降温范围、降温服务呈显著正相关,与降温效率和降温速率呈显著负相关;周长与降温范围、降温服务呈显著正相关,与降温效率和速率呈显著负相关;周长面积比与降温幅度和降温服务呈显著负相关,与降温效率和蓝绿空间自身温度呈显著正相关,而形状指数则与降温范围和降温服务呈显著正相关.(2)蓝绿空间的环境要素与冷岛效应也存在相关关系.蓝绿空间之间会产生冷岛效应的协同与促进现象,蓝绿空间降温范围内的其他蓝绿空间的总面积与该蓝绿空间的降温幅度、降温范围、降温服务和辐射距离呈显著正相关,与蓝绿空间自身温度呈显著负相关.(3)蓝绿空间的总面积、水体面积、周长与降温幅度之间,周长面积比与降温效率之间存在阈值,为节约土地资源、保证降温效果,建议不应过多超过阈值.(4)基于蓝绿空间在降温幅度、效率、辐射距离等方面的差异,将蓝绿空间划分为4类.高密度中心城区蓝绿空间规划建设应充分评估区域降温需求,了解蓝绿空间降温现状,合理配置具有不同降温特性和优势的蓝绿空间,在土地和资金有限的情况下,充分发挥各类蓝绿空间的冷岛效应.本研究有助于政府和规划师摸清当前蓝绿空间冷岛效应的现状、问题和发展潜力,对理论和实践具有一定参考意义.

热带森林作为全球最为重要的陆地生态系统之一,在当前气候变化背景下,其碳循环动态对于全球碳平衡状况及碳收支估算具有重要的影响作用.本研究利用尖峰岭热带山地雨林长期样地(P8401、P8402、P8901)自1984 ～2013年的清查数据,分析生物量长期动态变化,并结合降水等环境因子,试图探求尖峰岭热带山地雨林固碳能力的影响机理.结果表明:海南岛尖峰岭热带山地雨林仍然具有一定的碳汇能力,碳汇速率平均为0.71±0.22mg·C·hm-2 ·a-1,与世界其他地区热带森林碳汇能力相当,但其碳汇能力却存在逐渐减少的趋势.碳汇能力的减少主要源于干旱和台风暴雨导致死亡生物量的显著增加,但不同样地间存在明显的差异,说明极端气候事件对热带森林固碳能力的影响同时也受局地环境条件和森林自身状况的影响,急需开展更多点上热带森林固碳能力对气候变化的影响研究,以减少热带森林在全球碳循环中估算中的不确定性.

研究探讨大面积屋顶绿化如何改善城市冠层内部三维空间的热环境,改善效果与城市形态结构之间存在的关系.基于三维小气候模型ENVI-met 4.2,开展街区尺度屋顶绿化热效应研究.在南京市选择具有不同形态结构特征的8个典型样区,每个样区设置2种朝向(街道与主导风向平行或相交)、3种屋顶绿化情景(传统光屋顶、简易型绿化、复合型绿化),共对48种情景进行了微气候模拟与分析.结果表明,街区尺度屋顶绿化产生的“冷岛”可从屋面扩散到地面空间,缓解城市冠层热岛效应.白天14:00时,8个样区屋顶1.5 m高处的降温强度最高可达0.64℃,样区平均降温强度最大值为0.44℃;地面1.5 m高处的降温最大值为0.55℃,样区平均降温强度最大值为0.25℃.建筑高度、高宽比、容积率与屋面、地面降温强度之间均存在显著负相关关系;建筑密度与屋面降温强度显著正相关,但与地面降温强度之间无显著相关性.总的来说,紧凑低层建筑区和开敞低层建筑区实施屋顶绿化后产生的降温效应明显高于紧凑和开敞高层建筑区;建筑高度和密度相同时,街道走向与主导风向呈45°夹角比与主导风向平行具有更高的降温强度.研究结果能够促进对亚热带城市地区建筑-植被-大气相互关系的深入认识,并为屋顶绿化实践提供指导.

为了研究江苏高邮局地水循环特征,应对气候变化和减缓洪涝灾害.本研究采集江苏高邮自2015年7月-2017年10月的121个大气降水样品及环境因子数据,分析该区大气降水氢氧同位素特征,揭示不同季节水汽来源及影响因素.结果表明:大气降水δD(δ18O)季节变化明显,冬半年偏正,夏半年偏负;过量氘值亦呈现冬高夏低;年尺度上,大气降水中δD(δ18O)与温度和降水量皆为负相关关系,呈现“反温度效应”和“降水量效应”;季节尺度上,均未呈现出“温度效应”,秋冬两季呈现出“降水量效应”;HYSPLIT气团轨迹模型结果进一步表明,江苏高邮夏季水汽主要来源于我国南海、印度洋及太平洋,而春、秋、冬季水汽主要来源于亚欧大陆、大西洋、北冰洋水汽混合及局地蒸发.大气降水δD(δ18O)值的季节变化主要受到季风活动以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响,降水中氢氧同位素值清晰地记录了厄尔尼诺向拉尼拉之间的过渡.

流域生态系统涵盖山、水、林、田、湖、草等自然生态各要素,对流域生态系统进行总体保护、系统修复和综合治理,是践行习近平总书记生态文明建设理念的重要抓手.黄土高原地处半干旱半湿润气候带,水土流失严重,生态环境脆弱,探索黄土高原典型流域生态保护修复的理论与实践,对于实现国家生态文明建设具有重要作用.从黄土高原典型流域生态系统特征及存在的生态问题出发,提出流域生态系统修复治理的四大核心理念:(1)宏观规划调控与局地修复调整相结合理念;(2)区域生态功能提升与社会经济发展相协调理念;(3)由“头痛治头、脚痛治脚”转向“整体把脉,系统治疗”理念;(4)由“开刀治病”工程治理向“健康管理”自然恢复逐步引导理念.以山西省汾河中上游为例,在梳理山水林田湖草生态保护修复工程项目实践设计思路的基础上,详细介绍了汾河中上游五大生态保护修复分区(管涔山汾河源头水源涵养及生物多样性保护区、汾河干流中上游水生态保护修复区、水土保持生态保护修复区、汾河上游水源涵养生态保护修复区和矿山生态环境治理修复区)及其修复任务.总结山水林田湖草生态保护修复基本经验,并对完善黄土高原典型流域生态保护修复体制建设与技术服务进行展望,以期为黄土高原乃至全国区域开展流域生态保护修复工作提供借鉴和参考.