针对我国最严格水资源管理制度要求，研究省区初始水权优化配置模型。首先，基于流域经济效益、省区排污权协调性等建立目标函数，根据流域排污总量构建约束条件，建立多目标省区初始排污权免费分配模型；其次，将排污权嵌入初始水量权配置中，根据奖优罚劣机制构建省区初始水权配置模型；最后，以太湖流域为研究背景进行实证研究。结果表明：太湖流域规划年2030年在75%来水频率下，基于流域可分配初始水权总量为363.3亿m³和排污量为54.46亿m³的限制，江苏、浙江和上海初始水权配置量分别为135.19亿m³，129.21亿m³和98.89亿m³。本文的模型通过奖优罚劣函数，把超标或未超标排污的外部性内化到水量分配上，实现了水量权与排污权分配的统一，可为其它流域开展同类研究提供借鉴。

长江经济带水资源的合理有效使用为经济的可持续发展提供了重要保障。以长江经济带11省市为研究对象，运用三阶段DEA模型和Malmquist对2010~2014年11省市水资源的利用效率进行了静态和动态分析。研究结果表明：在剔除了外部环境因素和随机误差因素以后，纯技术效率均值和综合技术效率均值被低估，规模效率均值被高估，投入规模不足是扼制我国水资源利用效率提升的瓶颈。同时，东中西部省份的水资源利用效率差异显著，呈现“东部 > 中部 > 西部”的格局。通过对Malmquist指数分解可知，全要素生产率指数与技术变化值的演变趋势基本一致，反映了全要素生产率指数对技术变化的严重依赖。因此，扩大生产规模，加大科技投入和知识创新，优化和升级产业结构是提高水资源利用效率的重要途径。

中国要实现2030年左右达到CO₂排放峰值目标，最终要落实到区域层面上。长三角地区作为中国经济的领头羊，其节能减排政策制定对其它省区具有示范作用。基于经济平稳增长模型对江苏省、浙江省和上海市未来的能源消费碳排放量进行了估计，并模拟了不同能源政策情景对能源消费碳排放的影响。研究表明：（1）基准情景下，江苏省、浙江省和上海市的能源消费碳排放高峰分别出现在2034年、2033年和2032年。（2）不同的能源政策对碳高峰的影响不同。能源结构调整情景和能源效率提高情景下，江苏省、浙江省和上海市的能源消费碳排放高峰都能提前到2030年以前，完成2030年碳排放达到峰值的目标。综合能源政策情景模拟结果显示，同时调整能源结构和提高能源效率，碳减排效果更加明显。

城市可持续发展一直是城市地理学和城市规划关注的热点。以南京市为例，测度了城市空间结构紧凑度和城市土地利用效率，并探讨二者的关系。得出以下结论：（1）南京市2002、2007和2012年的城市空间结构均属于较不紧凑状态，且呈下降趋势；“中心区”紧凑度高，且呈上升趋势，城市内部填充与城市外围蔓延扩张现象并存。（2）2002~2012年南京市城市土地利用效率属于中等水平，且呈下降趋势，南京市各区城市土地利用效率差异明显。（3）城市空间结构紧凑通过距离和交通可达性来影响城市内部要素在空间的分布，最终影响城市土地利用效率。基于此，在城市发展过程中应加强城市内部空间合理组织，尤其是加强对交通设施的投入，促进城市要素在空间上的合理分布与流通，提高城市土地利用效率。

研究不同空间尺度下城市土地利用的演变过程和变化特征，有助于深入了解和揭示城市土地利用演变时空差异和内在影响机制。以重庆市主城区为例，基于研究区1978~2013年多时序的MSS和Landsat TM/ETM+遥感影像数据，利用ArcGIS技术和景观格局分析理论，从研究区整体尺度、区域尺度和各区尺度等3种空间尺度对研究区建设用地演进特征和景观格局动态变化进行分析。结果表明：（1）1978~2013年研究区不同空间尺度建设用地面积变化趋势基本相似，综合扩展程度指数变化特征也存在一定的规律。在2001年之后研究区建设用地演进过程由低缓发展向高速递增阶段过渡，各区尺度建设用地扩展深受地貌、经济、政策、交通等影响因素的干扰；（2）在不同空间尺度新增斑块数目对比中，边缘扩展模式与跳跃扩展模式的主导优势先后发生3次转换，而在新增斑块面积比对比中边缘扩展模式始终保持绝对优势，填充扩展模式分别在新增斑块数目和面积比的比较中均处于弱势；（3）随着时间的变化，就整体尺度上景观指数变化而言，景观破碎度和景观多样性明显增加，斑块形状趋于简单和规则化，斑块之间连通性不断提高，与城市化进程趋于吻合。但区域尺度和各区尺度深受国家政策环境的影响，景观指数变化则相对复杂。研究结论有助于从空间尺度对城市扩展信息进行挖掘和理解，为其城市规划和土地管理提供一定的科学依据。

交通因素对城市空间扩展的影响是一个研究热点，但国内外关于桥梁-道路建设对山地城市扩展影响机制的研究还不多见。基于桥梁-道路对城市待开发区域区位的影响，提出了点状辐射、线状辐射和环状辐射3种影响机制。以重庆嘉陵江大桥和黄花园大桥建设对嘉陵江北岸影响为例，将研究区划分为5个分区，基于ArcGIS软件提取各分区城市建成区与河岸的空间分布关系，并通过5个分区1940~2009年城市扩展差异比较印证3种影响机制。研究结果表明，桥梁和道路建设促进研究区建成区迅速扩张，但对不同分区的建成区扩展速度的影响有差异；第3分区城市扩展反映了桥梁-道路对城市扩展的点状辐射和线状辐射，而第4分区城市扩展反映了桥梁-道路对城市扩展的环状辐射。结论表明研究提出的点状辐射、线状辐射和环状辐射符合桥梁-道路建设对西南山地城市扩展的影响机制。

利用1980~2014年间的大宗作物（玉米、水稻、小麦、棉花、油菜）面积数据，以省级行政区为研究单元，采用多种数理统计和GIS空间分析技术，结合同期作物之间的竞争性用地关系，对全国上述五类大宗作物的空间分布格局及其变化特征进行分析。研究结果表明:玉米的空间分布相对较均衡；小麦的空间格局总的变化不明显但是省际分布最不均衡；棉花近30 a来空间格局变化极其显著，其面积重心从河南境内不断地向西北地区移动，目前位于甘肃省境内；油菜的面积重心自湖北境内不断地向南推移到湖南境内，水稻的面积重心则自江西境内逐渐向北移动到湖北境内。另外，部分区域的同期作物（如油菜与小麦、棉花与春玉米）空间格局变化存在明显的“消-长”关系，特别是在甘肃和内蒙，油菜小麦的面积变化有着极强的负相关性，其pearson系数低于-0.8。作物种植的成本收益变化是造成这些大宗作物空间格局变化的主要原因，城市化发展的程度、农民非农就业机会的高低、同期作物之间的比较效益差距等也是这些大宗作物时空格局产生变化的重要原因。

以江西省宜丰县土地整治项目区为例，选择斑块类型、景观类型、廊道特征3类景观格局指数，从景观格局视角定量评价土地整治对农地细碎化的影响。研究表明：（1）水田的斑块密度由8.916 1个/hm²下降至8.423 4个/hm²，平均斑块面积由0.075 1 hm²提升至0.076 9 hm²，边缘密度由1 203.431 8降低至1 127.134 7，面积加权的平均形状因子由1.238 6下降至1.216 3，最大斑块指数由0.17%上升至0.18%，景观格局指数均得到不同程度改善；但旱地除面积加权的平均形状因子以外，其他指标均表明旱地趋于细碎化。（2）土地整治导致项目区破碎化程度加剧，斑块数量由3 530个提升至4 175个，平均斑块面积由0.070 6 hm²增加至0.059 7 hm²，面积加权平均形状因子由1.672 3增加至1.816 0，最大斑块指数由2.06%降低至2.01%。（3）土地整治优化了农村道理和沟渠布局，廊道特征指数均有不同程度改善。但农村道路和沟渠的修建割裂了斑块，是导致项目区破碎化程度加剧的主要原因。因此，在土地整治规划设计中需要注重旱地、农村道路、沟渠的景观格局设计，达到有效治理农地细碎化和提高土地整治景观生态效益的目的。

为了解陕南秦巴山区主要农作物水稻、油菜测土配方施肥实施效果，更好地指导农户科学合理施肥。依据2009~2013年连续5 a测土配方施肥试验中主要农作物水稻、油菜3种不同施肥处理（农民习惯施肥、推荐施肥和不施肥处理）的326个试验数据，同时结合连续2 a调查数据，对陕南秦巴山区主要农作物施肥经济效益评价。结果显示，与农民习惯施肥相比，水稻施肥量为：氮（N）159±32 kg/hm²，磷（P₂O₅）79±20 kg/hm²，钾（K₂O）86±26 kg/hm²；油菜：氮（N）154±25 kg/hm²，磷（P₂O₅）77±13 kg/hm²，钾（K₂O）65±21 kg/hm²条件下作物分别增产703、341 kg/hm²，增产率分别为8.3%和14.9%，纯收益增加0.12万元/hm² 和0.10万元/hm²。肥料贡献率分别提高了5.2、7.1个百分点；农学效率每kg分别提高了0.5、0.6 kg。农户习惯施肥中作物产量、纯收益、肥料贡献率并未随肥料投入量的增大而增产增收。

洋山海域自2002年建港工程以来，先后封堵了北岛链三个过水汊道，使得海域附近水动力结构发生显著变化。采用工程前后大量水动力实测资料，并结合数值计算结果，对洋山海域工程前后的水动力特征进行了综合分析。研究结果表明：工程后大部分海域涨潮流速降低，但小洋山前沿除外；整个海域落潮流速度增加，但地形急剧缩窄的东口门区域增幅并不显著。讨论认为，地转偏向力显著增强了海域北部区域特别是小洋山前沿海域的涨潮流速，是小洋山岛屿前沿海域涨潮流速工程后维持不变的重要原因；受南岛链不规则岸线的影响，地转偏向力对落潮流影响不显著。工程后各汊道的封堵使得落潮流外泄不畅而发生壅水，使得工程后涨潮时段海域水位低于工程前，没有壅水现象发生。工程后的涨、落憩流时段均形成了较大范围、较长时段的弱流场。

随着城市化进程的加速和城市人口规模的增加，城市已成为最大的碳源，研究城市生态系统对大气二氧化碳的贡献成为碳循环研究的焦点问题之一。基于研究区域内土地利用现状和一年的涡动观测系统观测数据，结合地理信息技术（ArcGIS）和通量计算工具（Eddypro 及ART Footprint Tool）以及碳通量足迹模型分析了上海奉贤大学城碳通量足迹特征，基于此探讨不同下垫面类型，包括以草本和木本等透水层为主的下垫面（称为自然系统），以建筑物、道路等不透水层为主的下垫面（称为社会系统）碳通量的变化特征。研究结果表明：1）在不同风向上，碳通量贡献区范围随着大气稳定度的增加而扩大。大气处于稳定条件下，非主风向上的碳通量贡献区范围（最大范围1 100 m）比主风向上的碳通量贡献区范围（最大范围780m）要大；当大气处于不稳定条件下时主风向和非主风向下的碳通量贡献区范围相差不大（最大范围分别为321和351m）。2）不同下垫面其源汇特征不同，以绿色植物为主的自然系统年碳通量均值为-4.1μmol/m2/s，表现为碳汇；社会系统的年碳通量均值为8.6μmol/m2/s，表现为碳源。3）自然系统的碳通量日变化具有较明显的季节分异，变化特征大致呈“U”型；社会系统的碳通量日变化没有明显的季节分异，变化特征大致呈“M”型。绿色植物对城市生态系统的大气二氧化碳有降低作用，结合自然和社会系统的碳通量变化特征可以为以后合理规划城市布局，建立低碳城市提供服务。

为了探讨互花米草入侵对长江河口湿地土壤理化性质的影响，在长江口崇明东滩湿地设置了两条样线，利用配对试验设计，高潮滩为互花米草和芦苇群落配对样线，低潮滩为互花米草和海三棱藨草群落配对样线。结果表明，互花米草入侵对东滩湿地高潮滩和低潮滩的土壤温度和pH均无显著影响，且所有群落土壤pH值均在8.0以上。在高潮滩，与芦苇群落相比，互花米草入侵显著降低了土壤盐度、硫酸盐和Fe（III）/Fe（II）比率，而在低潮滩，与海三棱藨草群落相比，互花米草入侵对土壤盐度和硫酸盐无显著影响，但显著增加了土壤Fe（III）/Fe（II）比率。无论是高潮滩，还是低潮滩，与土著植物群落相比，互花米草入侵均显著增加了植物生物量，增加了土壤有机碳和微生物碳含量，而对占土壤总碳60%以上的无机碳含量无显著影响。互花米草入侵可以显著影响长江河口湿地部分土壤理化性质，且对不同潮位的部分土壤理化性质的影响有明显分异，进而可能会对长江河口湿地的生物地球化学过程及生态系统的结构和功能产生重要影响。

当前全球气候变暖大背景下，气温和降雨量的交互作用引致农业气象灾害频发，给农业生产造成破坏性风险损失，因此探讨气温与降雨量之间的动态相依关系尤为重要。搜集安徽省24个气象观测站1980~2014年的气温与降雨量日数据，对原始数据进行矩平均处理，使两组数据列满足独立同分布的要求。采用非参数核估计的方法确定气温与降雨量的边缘分布。根据降雨量和气温的均匀分布散点图和频数分布直方图可知，安徽省气温和降雨量之间呈现一定程度的负相依关系，即图形中表现出气温与降雨量的上下尾之间的对称性。综上分析，选择可以刻画两个变量具有上下尾对称关系的Copula函数对气温与降雨量的相依关系进行拟合，最终在平方欧式距离最小的原则下选定二元t-Copula函数做出气温与降雨量之间的联合概率密度函数图。研究结果发现：①据安徽省气温与降雨量联合概率分布可知，当降雨量上升时，气温下降；或气温上升时，降雨量会下降，气温与降雨量之间呈现为中等负相关关系（-0.280）。②极值相关性方面，从t-Copula密度函数图和上下尾相关系数看，安徽省气温与降雨量在极值方面具有较为明显的相依关系，表现为当气温和降雨量超过正常范畴时，二者相依关系从负相关转变为正相关，此现象多出现在极端气候条件下，例如极端高温和大暴雨时气温与降雨量的正相依性。

长江中游自然通江的洞庭湖和鄱阳湖，在长期的季风气候以及江湖交互作用下形成了相对稳定的涨-丰-退-枯季节性水位波动模式。近几十年来，受水利工程及气候变化的双重影响，两湖季节性水情均发生了显著改变。揭示和对比两湖季节性水位波动近年来的变化趋势及强度并分析其形成的可能原因，对于指导两湖地区的湖泊管理与实践，理解长江中游江湖关系演变现状具有重要意义。基于此，以2003年为断点（即1980~2002年与2003~2014年两时段），首先通过湖区多站点水文要素的单因素方差分析揭示两湖各自的季节性水情变化特征；然后通过两湖季节性水情变化状况的对比，分析长江中游大型通江湖泊水情变化的规律及其形成原因。得出的主要结论如下：（1）2003年后，涨水期和枯水期的两湖水情均呈偏枯趋势，且水位降幅均在由上游到中游的过程中扩大，由中游到下游的过程中减小，甚至涨水和枯水期的洞庭湖下游湖区还出现了水位的小幅抬升。（2）2003年后，丰水期和退水期的洞庭湖偏枯趋势呈现不同的空间分异，丰水期的洞庭湖水位下降程度在上、中游湖区更为剧烈，而退水期的水位下降程度在中、下游湖区更为剧烈。与此同时段的鄱阳湖偏枯趋势在丰水期和退水期均在由上游至下游的过程中增加。（3）2003年后的洞庭湖水位降幅在各个季节各个湖区均显著小于位于其下游的鄱阳湖。江湖关系对两湖及其不同湖区的作用方式和强度的差异是造成两湖季节性水情演变差异的主要原因。

利用鄱阳湖湖口、星子、都昌、吴城、棠荫和康山水位站多年逐日水位资料，采用统计分析法、趋势分析法、Mann-Kendall非参数检验法和Morlet小波分析法分析了鄱阳湖水位年内变化特征、年际变化趋势、极值变化、突变特征及其周期性。结果表明：鄱阳湖水位在年内具有高动态变化的特征，月最高水位一般出现在7月份，平均水位为17.75 m，最低水位一般出现在1月份，平均水位为10.8 m，年内变化幅度达6.95 m；鄱阳湖水位在多年尺度上呈现微弱的下降趋势，但是自2003年以来下降幅度较大，并多次出现极低枯水位；按年代际来对比，则2000年以后的平均水位是所有年代中最低的；鄱阳湖日、月、年最高水位出现在1954年和1998年，年最低水位出现在2011年，月和日最低水位出现时间不一致，但都主要集中在2003年之后；鄱阳湖水位有2个比较明显的突变点，即1965年附近和2006年附近，其中都昌站突变前后最大水位差达到了1.3 m；鄱阳湖水位受多种因素的影响，并没有表现出明显的周期特性，只在28时间尺度上表现出微弱的周期特性。

采用室内实验测定和野外实测相结合的方法，选取高锰酸盐指数（COD_Mn）、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₃-N）为污染物监测指标，进行了各污染物降解系数计算及降解规律的分析研究。结果表明：1）在野外实测中，岸边与河流中心的各污染物降解系数有着大致相同的变化趋势，但岸边的降解系数值明显小于河流中心各断面的降解系数值，对比发现，岸边和河流中心的温度、溶解氧、pH值的差距不明显，初步可以判断流速对污染物的降解影响较显著，且流速越大，降解系数也越大；2）室内实验测定中，流速在0.4~2.0 m/s，降解系数值伴随流速的增大而逐渐增加，与野外实测法所得规律相同，也反映出流速对污染物的降解有较显著影响。基于此，应用了结构方程模型定量研究污染物降解系数与影响因子间的响应关系，结果表明：流速对污染物降解的影响较大，为污染物降解较重要的影响因子之一。最后，以结构方程模型研究结果为依据，以影响较大的因子流速为自变量，降解系数为因变量，以野外现场实测的实验数据作为基础数据，拟合得出由流速确定河流污染物降解系数的经验公式，在研究条件范围内可运用这些经验公式迅速求出污染物降解系数。

以滇西南地区为研究区，计算出近53 a该区及周边44个气象站点标准化降水蒸散指数（SPEI）和标准化降水指数（SPI）。运用M-K突变检测和Morlet小波交换等方法，对滇西南地区两种指数对应下的4种类型季节连旱变化特征进行系统分析。结果表明：近53 a中，两种指数判定的同一时间尺度下的干旱事件次数和发生时间基本统一，4种类型季节连旱事件为12~14次，多存在并发性；4个季节连旱时段上两种指数均存在3 a左右显著周期变化；同一时段上，两种指数在趋势变化格局空间分布和变化程度上均存在着较大差异，4个时段上的干湿变化趋势也表现出SPEI呈变干趋势，SPI则变干、变湿各为一半的明显不同，这主要是由于期间研究区显著增温加剧了“降水量-蒸散”的水分平衡；与SPI相比，SPEI考虑了热量因子对潜在蒸散发的贡献，能较好地对气候变暖背景下研究区干旱进行刻画。

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能，深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽，通过不同雨强（60、90和120 mm/h）和径流冲刷（10、15和20 L/min）组合模拟试验，研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示：降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性，其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大，相对水深曼宁糙率n/h则减小，其水力学他参数（弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ）变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s，平均水深取值范围为5.6~9.4 mm，在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于“紊流-急流区”。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析，由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合 水动力特征参数-相对水深曼宁糙率，是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。