丹尼索瓦人（简称丹人）是2010年在西伯利亚丹尼索瓦洞发现的一支已灭绝的神秘古老型智人。遗传学研究显示，丹人与曾广布在欧洲的尼安德特人是姐妹群，并对现今大洋洲﹑东亚、南亚及美洲部分群体都有基因贡献，反映了丹人可能广泛分布于亚洲东侧。然而，2019年之前，对丹人的了解于仅限于出土于丹尼索瓦洞的零星化石碎片及其高覆盖度的遗传信息。

2019年，兰州大学环境考古团队在国际期刊Nature杂志发表了发现于夏河县白石崖溶洞的古人类下颌骨化石的研究成果，显示该化石是青藏高原上目前已知最早的古人类化石（至少16万年），也是除丹索瓦洞外发现的首件丹人化石。为了进一步揭示丹人在青藏高原的活动历史，兰州大学环境考古旧石器团队联合甘肃省文物考古研究所对白石崖溶洞进行了正式考古发掘，系统采集了丰富的考古遗存以及各类沉积物样品。研究团队与国内外多家科研机构合作，对遗址出土的考古遗存和沉积物样品开展了系统的考古学、地层学、年代学﹑分子生物学等分析，在白石崖溶洞晚更新世沉积物中发现丹人线粒体DNA，进一步拓展了丹人在青藏高原的活动历史——由距今至少16年前至距今10万及6万年，甚至可能晚至距今4.5万年，揭示丹人曾长期生活在青藏高原，也再次验证了丹人在东亚广泛且长期分布的推测，对深入理解青藏高原早期人类活动历史、史前人类的高海拔环境适应﹑丹尼索瓦人演化和东亚古人类演化等问题有重要意义。此项研究成果发表于2020年10月发表在国际顶级学术期刊Science杂志。

主要完成人及所在单位：

张东菊（兰州大学）

付巧妹（中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

陈发虎（中国科学院青藏高原研究所）

李   波（澳大利亚伍伦贡大学）

Svante Pabbo（德国马普进化人类学实验室）

02

特大城市群是国家新型城镇化主体区和经济发展战略核心区，肩负着世界经济重心转移重要承载地和美丽中国与生态文明建设的历史重任，但特大城市群在快速扩展中引发了一系列生态环境问题。如何协调好特大城市群地区城镇化与生态环境耦合关系问题，是近10年国际地球科学领域关注的高优先研究主题和世界级难题。本成果首先揭示了特大城市群形成发育与空间扩展的阶段性规律及自然成长规律，采用遥感与GIS技术、大数据技术等方法，系统分析发现城市群地区城镇化与生态环境之间客观上存在着近远程耦合关系，进一步揭示了城镇化与生态环境近远程耦合机理与规律；创建了城镇化与生态环境耦合圈理论及耦合图谱，提出了城镇化库兹涅兹曲线（UKC），认为城镇化与生态环境多维耦合方程为对数二次型复合函数曲线，中国五大特大城市群生态环境质量好转的拐点大概是城镇化率达到47%，京津冀城市群拐点大概是城镇化率达到51%，并且生态环境破坏后的恢复是一个漫长艰难过程；集成构建了多要素—多目标—多情景的城镇化与生态环境时空耦合SD模型，核算了中国城镇化弹性阈值和京津冀城市群资源环境承载阈值，创建了城市群城镇化与生态环境耦合器调控方法；建立了城市群城镇化与生态环境耦合决策支持系统UDSS。成果在城市群及城镇化与生态环境耦合理论及方法等方面取得了实质性突破，引领了中国城市群的研究与发展，推动国际城市群地区人地关系研究由单要素转向多要素，由近程转向近远程，由定性转向定量。

主要完成人及所在单位：

方创琳（中国科学院地理科学与资源研究所）

周成虎（中国科学院地理科学与资源研究所）

顾朝林（清华大学）

陈利顶（中国科学院生态环境研究中心）

李双成（北京大学）

裴   韬（中国科学院地理科学与资源研究所）

鲍   超（中国科学院地理科学与资源研究所）

赵淑清（北京大学）

杜云艳（中国科学院地理科学与资源研究所）

李广东（中国科学院地理科学与资源研究所）

王振波（中国科学院地理科学与资源研究所）

马海涛（中国科学院地理科学与资源研究所）

匡文慧（中国科学院地理科学与资源研究所）

李伟峰（中国科学院生态环境研究中心）

孙思奥（中国科学院地理科学与资源研究所）

刘海猛（中国科学院地理科学与资源研究所）

03

青藏高原中部的隆起过程在整个高原研究中最为关键，涉及到对整个高原形成、机制和气候与生态环境效应的理解。中国地理和生物学者早年认为该区隆起很晚。但2006年，国际著名学者Rowley和Currie在Nature上发文，首次利用该区地层中古土壤钙结核氧同位素高度计，定量恢复了该区古高度，认为高原中部约4000万年前已隆起到现今高度。从此成为影响地质地理、古气候和生物研究方方面面的国际主流观点，压抑了后续许多思想的发表。

中国科学院青藏高原研究所方小敏研究小组，联合中国地质大学（北京）、兰州大学和德国波茨坦大学的相关研究人员，通过古地磁和火山灰年代学，首次获得了伦坡拉盆地新生代地层高精度年代序列，准确确定古土壤发生年代为2600—2150万年前，同时确定近期发现大量热带动植物化石的年代不是原先认定2600万年前，而是约4000万年前，从而完全修正了该区古高度演化历史，否定了现今流行的国际主流观点，认为4000万年前该区是一个位于南北冈底斯山和唐古拉山之间的热带季风生态环境盛行的低地，2600—2100万年前以后通过新提出的“千斤顶”壳内岩浆垂直顶托机制，叠合高原岩石圈拆沉和均衡反弹机制，才快速隆升达到现今高度。

该研究迫使对高原隆升过程、机制和气候生态环境效应等一系列相关问题的重新认识。

主要完成人及所在单位：

方小敏（中国科学院青藏高原研究所）

王成善（中国地质大学（北京））

宋春晖（兰州大学）

张伟林（中国科学院青藏高原研究所）

孟庆泉（兰州大学）

聂军胜（兰州大学）

张   涛（兰州大学）

毛子强（中国科学院青藏高原研究所）

陈   彧（兰州大学）

G. Dupont-Nevit（德国波茨坦大学）

全球城市用地只占陆地覆盖面积的3%，但却产生了60%~80%的能源消耗和75%的CO2排放。根据联合国的预测，到2100 年全球城市人口和用地还将持续增长。未来全球城市扩张将会给全球生态环境和人类可持续发展带来持续、长久的影响。黎夏领导GeoSOS研究团队围绕着“全球高精度城市用地变化监测与模拟”展开了深入研究，取得以下代表性成果：1）发布了全球高分辨率长时间序列城市用地数据产品并进行了分析，为全球城市变化研究提供了精细的基础信息数据。成果发表于2020年《Nature Sustainability》上，并得到Nature正刊Research Highlight报道：指出该研究颠覆了过去对城市用地增长的认知（“华东师范大学黎夏团队…通过提取精细城市用地变化数据，发现全球城市面积增长是之前研究中测算的4倍”）；2）建立了具有自主知识产权的GeoSOS、FLUS等土地利用模拟模型，得到来自全球54个国家和地区的用户广泛使用，并被应用于国内的国土空间规划中。进一步利用该模型，黎夏教授团队预测了未来全球城市用地空间格局演变以及对生态环境的影响，成果发表于2020年的《Nature Communications》。该项研究是根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）制定的最新全球气候情景框架来展开的。研究成果有助于理解土地利用变化对碳排放和人类可持续发展等方面的影响。

主要完成人及所在单位：

黎   夏（华东师范大学）

刘小平（中山大学）

06

春季物候提前影响夏季土壤水的示意图

物候是全球变化最敏感的指示器。遥感和地面观测均证实气候变暖导致北半球中高纬度地区植被春季返青显著提前。相关碳循环研究显示，北半球植被春季物候提前会通过增加光合时长和提高光合速率从而有效促进植被生产力和生态系统碳汇功能。除上述碳汇效应外，植被春季物候提前还有一个往往被忽视的效应，即会通过额外的蒸腾耗水加速陆表土壤水分流失。这一扰动有可能打破不同季节间陆—气水热交换过程的动态平衡，影响陆地水资源的季节分配。然而，北半球植被春季物候提前是否通过生物物理过程改变陆地水循环和近地表气候，尤其是否激发跨季节的水文响应，迄今尚无研究给出确切答案。

北京大学城市与环境学院朴世龙研究组与合作者基于卫星遥感观测数据，结合统计分析和陆—气耦合模式模拟，定量阐明了北半球植被春季物候提前对夏季土壤水的影响，并厘清了其中的关键机制。该研究发现，春季物候提前同时引起植被蒸腾和大气降水增加，但是，降水增量不足以补偿蒸腾增加所致失水，造成春末北半球平均土壤水含量下降。春末土壤水减少趋势延续至夏季，使得夏季土壤干旱加剧，继而通过改变地表能量收支促进近地表升温，导致夏季高温热浪事件的频率和强度均增加。需要指出的是，“物候提前导致夏季土壤变干”并非在所有地区皆成立，比如在西伯利亚中部地区，上风向地区物候提前带来的水汽输入增量大于当地物候提前引起的蒸腾失水增量，导致该地区夏季土壤水不减反增。这一发现说明大尺度环流过程对水汽空间分布起到了重要的调节作用。该研究揭示了北半球陆地植被动态对气候的跨季反馈作用，为更准确预报夏季极端干旱和高温热浪事件提供了新依据。

主要完成人及所在单位：

朴世龙（北京大学）

连   旭（北京大学）

西南喀斯特地区是受可溶性碳酸盐岩地质背景制约的生态脆弱区，高强度人类活动下石漠化与贫困区高度重叠。大规模石漠化综合治理工程下，西南地区成为近20年来全球“变绿”的热点区之一，但区域“变绿”与“变富”的矛盾突出，如何将生态治理与适度发展有机结合是实现区域脱贫的难点，如何有效权衡自然恢复、人工造林、封禁保护等不同恢复与管理措施及其效应，一直是国内外生态修复与景观地理研究的热点和前沿。中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究组与合作者，基于长期野外观测研究，阐明了喀斯特生态格局—过程—服务演变过程机理，突破了地质背景制约下区域生产—生态功能协同提升的适应性林草空间配置与优化技术途径，建立了可复制、可推广的石漠化治理与生态产业扶贫模式，入选全球减贫最佳案例，技术支撑毛南族整族脱贫；并构建了区域复杂植被景观类型遥感识别模型，量化了不同恢复与管理措施下区域植被恢复的固碳与耗水效应，发现2002—2017年西南地区植被恢复固碳可抵消该区过去6年来33%的人类化石燃料CO2排放，但存在大规模集中造林导致区域土壤水分降低的风险，提出了面向喀斯特区域生态系统服务整体提升的石漠化治理转型与分区治理方案。该项研究为西南生态安全屏障构筑及巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接提供了重要科技支撑。

主要完成人及所在单位：

王克林（中国科学院亚热带农业生态研究所）

陈洪松（中国科学院亚热带农业生态研究所）

曾馥平（中国科学院亚热带农业生态研究所）

岳跃民（中国科学院亚热带农业生态研究所）

张   伟（中国科学院亚热带农业生态研究所）

09

未来全球变暖的速率及陆地生态系统对全球变暖的响应是《科学》杂志列出的未来25年需要解决的125个重大科学问题之一。工业革命以来，人类活动造成大气中CO2的浓度持续上升。大气CO2浓度的不断增加，在通过温室效应导致全球变暖的同时，也提高了植被的光合作用速率（即CO2施肥效应），增加陆地生态系统吸收大气CO2的能力（即碳汇能力），从而减缓全球变暖的速率。已有研究表明，大气CO2施肥效应是造成近几十年来全球陆地生态系统碳汇显著增加的决定性因素。因此，在全球尺度定量化评估CO2施肥效应，并分析其时空变化格局，有助于准确评估陆地生态系统固碳能力及其变化趋势、降低未来气候变化预测的不确定性。南京大学张永光、居为民和陈镜明研究组与国内外合作者，报道了过去40年大气CO2浓度升高对全球植被光合作用的影响及其机制。研究人员通过长时序卫星遥感观测大数据和生态系统模型，揭示了近40年全球CO2施肥效应的时空变化格局。该项研究表明，全球大多数区域植被光合作用在过去40年CO2施肥效应减弱，这意味着植被光合作用对大气CO2浓度升高可能产生了适应性。进一步的归因分析表明，这种下降趋势与养分浓度变化和土壤水的可用性密切相关。这一研究结果为理解植被CO2施肥效应的长期变化趋势提供了新视角，更为准确地预估全球陆地生态系统碳收支和预测未来气候变暖的速率均具有重要意义。

主要完成人及所在单位：

张永光（南京大学）

王松寒（南京大学）

居为民（南京大学）

陈镜明（南京大学）

流动沙丘与固定沙丘的植被盖度和流动性水平差异极大，却能够在相同的环境中共存，形成“沙丘双稳态”格局。这种独特地貌景观的形成过程及影响机制问题尚

本成果打造了中国自主品牌与特色的网络空间地理建模及模拟平台。团队于2021年1月发出了“发展国产化模型、构建自主模型生态圈”的倡议，努力推动我国地理模型服务生态系统的建设；2021年8月成功举办了首届国产地理模型培训班，支撑了来自10多个国家384所高校及机构的1200余位师生在线应用，为国产模型的国际化应用提供了更广阔的舞台。

地理模型是探索地理环境变化机理、预测未来变化趋势、制订可持续发展措施所不可缺少的重要工具，地理建模与模拟已经成为研究地理现象、反演地理过程、探索地理规律的重要方法。纵观当前主流应用的地理建模与模拟系统，绝大多数来自欧美研究团队，我国从事自主系统研发的团队屈指可数，不仅限制了我国在国际建模与模拟领域的话语权，更影响了“以自主之心识环境之本”决心的建立。南京师范大学研究组协同国内相关力量，以打造“致力自主、服务世界”的国产品牌为理念，开展了国产地理建模与模拟系统的研究与开发工作，构建了具有中国自主品牌与特色的网络空间地理建模及模拟平台(OpenGMS)。该平台构建了地理模型与模拟资源分类与描述体系，提出了地理模型特征抽象与模型服务化共享方法，发展了多模拟资源的分布式集成建模与模拟策略，实现了基于网络空间的地理模拟计算与分析。目前该平台已经获得国内外学术界的广泛认可，拥有了中国研究团队的话语权，正引领国际地理建模与模拟软件系统的发展方向。

主要完成人及所在单位：

闾国年（南京师范大学）

陈   旻（南京师范大学）

林   珲（江西师范大学）

02

区域产业发展与布局演变是经济地理学的重点研究领域。改革开放以来，全面深入的制度转型推动了中国工业快速发展，亦深刻重塑了工业地理格局。因此，识别中国工业地理格局演变的内在规律、驱动机制和综合效应不仅能拓展学科前沿，也能指导中国区域高质量发展。本成果首先从产品、企业、行业层面和地方、国家、全球尺度剖析中国工业地理格局演变特征，揭示了中国工业地理格局演变的内在规律——关联法则，即一个企业或区域进入（或退出）某项经济活动的概率是该企业或地区拥有的基于关联知识基础的经济活动的函数；基于关联法则推动了产业地理学的研究范式转变，即从关注静态、宏观产业地理格局转变至聚焦动态、微观区域产业动态演化；基于关联法则构建了尺度地方化理论框架，综合考虑全球-国家/区域-地方等多尺度知识过程对区域产业动态演化的影响；基于关联法则拓展了经典演化经济地理理论，综合考虑强关联和弱关联、供给侧和需求侧关联对区域发展路径的影响；基于关联法则评估了中国工业地理格局演变的环境效应，引入制度视角构建包含经济转型制度、环境规制、产业空间动态及环境效应的分析框架，在经济地理研究中纳入环境要素和关联法则，进而发展环境经济地理理论；基于关联法则服务“双循环”新发展格局下中国产业空间布局优化，整合不同地理尺度构建了“全球—地区—国家—城市群内部”多层嵌套型的关联产业体系，指出了区域发展应当基于价值链的垂直关联和知识链的水平关联，优先发展与本地产业知识具有较强关联性的产业，培育相关多样化的产业结构和知识体系，沿着相关多样化的方向调整产业结构以增强区域韧性和创造性。

主要完成人及所在单位：

贺灿飞（北京大学）

朱晟君（北京大学）

03

旱区占全球陆地面积的40%以上，供养了世界上约38%的人口。旱区生态环境脆弱，荒漠化风险高，是最易受气候变化影响的地区之一，同时是可持续发展研究的热点区域之一。中国旱区分布广、类型多，1980-2000年间旱区扩张面积占全球的1/3，然而针对中国旱区生态系统变化、驱动机制及生态保护与修复工程效应的系统性研究不足。傅伯杰院士团队长期扎根我国干旱半干旱黄土高原地区开展基础研究，研究基于国家自然科学基金重大项目“干旱半干旱地区生态-水文过程及其对生态系统服务功能的影响”和“全球干旱生态系统国际大科学计划”（Global—DEP）的工作积累和资料分析诊断，全面、系统、翔实地分析了我国旱区相关研究的薄弱环节，提出了未来研究方向。通过系统研究我国在旱区实施的重大生态修复与保护工程的生态效应，深化认识了旱区科学研究的热点问题及未来发展趋势，不仅可推动我国旱区科学系统的发展和完善，而且对提高旱区水资源和生态系统应对气候变化的能力，制定未来气候变化下的应对策略具有重要的现实意义。相关成果于2021年发表于Nature Reviews Earth & Environment、Journal of Environmental Management、Ecohydrology等期刊，在国内外引起了广泛关注。研究成果不仅为我国旱区生态建设与可持续发展提供科学依据，同时有力推动了全球干旱生态系统综合研究的发展。

主要完成人及所在单位：

李长嘉（北京师范大学）

傅伯杰（北京师范大学）

王   帅（北京师范大学）

刘焱序（北京师范大学）

新生代青藏高原的形成和演化，对亚洲环境演变产生了重要影响。项目围绕青藏高原南部阿拉伯海和北部渭河盆地的沉积记录，开展了青藏高原地貌效应与环境演变的研究。在高原隆升过程中，产生了大量地表侵蚀物质，在阿拉伯海和渭河盆地沉积，这些沉积序列记录了青藏高原隆升对亚洲环境演变的影响。基于此思路，项目组进行了地貌、沉积、年代、环境和气候动力的系统研究。锆石U—Pb年龄谱和Sr/Nd同位素显示，在高原南部，自渐新世 (~30 Ma)喜马拉雅-喀喇昆仑山系的地表物质，就在阿拉伯海堆积，表明相应的地貌和流域格局已经形成。南亚季风降水在古印度河汇聚，传输沉积物到阿拉伯海。同样，在青藏高原北部的渭河盆地，渐新世白鹿塬组为厚层浅湖-滨湖相交替沉积，磷灰石裂变径迹年龄和高密度的古地磁定年，结合Lantianius xiehuensis、Sianodon bahoensis、Palaeolaginae indet.等哺乳动物化石组合，厘定了白鹿塬组于~30 Ma开始堆积，指示了河水纵横、湖面升降的干湿变化过程；沉积序列碳酸盐(次生方解石为主)不断加积，指示了渭河流域季节性干湿变化。通过渭河盆地和阿拉伯海环境演变序列的同步研究，发现高原南部和北部的环境演变过程在构造和轨道时间尺度有密切联系，指示高原隆升和太阳辐射变化在亚洲环境演变中的重要作用。

主要完成人及所在单位：

鹿化煜（南京大学）

冯   晗（南京大学）

吕恒志（南京大学）

王逸超（南京大学）

王可欣（南京大学）

张瀚之（南京大学）

陈   骏（南京大学）

王   颖（南京大学）

06

随着气候变化和快速城市化的负面影响不断加剧，城市暴雨洪涝灾害日益频发，已成为当前我国乃至国际社会面临的重大挑战。高精度暴雨洪涝实时模拟与监测预警是开展城市洪涝灾害应急响应与精细化管理的重要基础。为服务城市防汛减灾救灾的重大国家需求，华东师范大学殷杰、王军、俞立中、许世远研究团队基于十余年城市洪涝灾害研究积累，自主研发了“城市高精度暴雨洪涝实时模拟系统”。该系统耦合了城市水文模型（蒸发、下渗等过程）、一维河流/管网水动力模型和基于栅格的二维地表洪水演进模型，可以实现城市降雨-径流-淹没和“外洪—内涝”全过程模拟，具有参数化方案简单、计算高效、模拟精确等优势，尤其适用于下垫面地形较为复杂的城市地区的暴雨洪涝数值模拟。该系统可以实时接收、存储并处理气象站点雨量数据或者模式降雨预报数据作为模型输入，利用高性能计算集群和并行计算技术实现在数百平方公里城市建成区近实时（约15分钟左右计算完成一小时雨洪过程）高精度洪涝模拟、报警积水点验证和重点场所风险研判。该模型系统已被应用于多个城市暴雨洪涝模拟和灾害评估工作，显著提高了城市暴雨洪涝实时模拟系统的精度和效率，推动了城市暴雨洪涝灾害监测预警由点向面、由静态向动态的转变和发展，为我国城市暴雨洪涝灾害应急管理工作提供了重要的科技支撑。

主要完成人及所在单位：

殷   杰（华东师范大学）

王   军（华东师范大学）

俞立中（华东师范大学）

许世远（华东师范大学）

为满足全球生态环境治理、应对气候变化和实现可持续发展等需求，科学技术部国家遥感中心牵头，会同遥感科学国家重点实验室共同组织，于2012年启动了“全球生态环境遥感监测年度报告”工作。2021年编制发布了共4个专题报告及37个数据集产品，被新闻联播等国内外媒体广泛报道，成果被联合国环境保护署（UNEP）采用，在国际地球观测组织GEO中产生了重要影响。

中国科学院空天信息创新研究院柳钦火团队和清华大学宫鹏团队共同完成了“全球陆域生态系统可持续发展态势”报告，分析了全球陆域生态系统的时空变化特征、响应机制及可持续发展态势，发现亚马孙河流域、刚果河流域和东南亚区域3大热带雨林区森林面积持续减少，全球未能实现“到2020年停止毁林”的可持续发展目标；而得益于有效的生态系统保护和修复工程，中国陆地生态系统呈向好发展态势，森林面积持续增长，植被生长状况明显改善。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所辛晓平团队完成了“欧亚大陆草原生态状况”报告，阐释了欧亚大陆草原生态环境改善的趋势及草畜平衡的状况，发现2000年以来，欧亚大陆草原整体变好变绿；但欧亚大陆草原的生态状况仍未恢复到20世纪80年代水平，局部过度放牧和管理不善等现象依然存在。

中国科学院南京地理与湖泊研究所张奇团队完成了“全球典型湖泊生态环境状况”报告，揭示了全球典型湖泊时空分布格局、水文演变特征及藻华暴发的驱动因素，发现2000年以来，全球大型自然湖泊净蓄水量总体呈增加趋势；全球藻华暴发的湖泊数量上升，中北美洲和亚洲数量居多。

中国科学院空天信息创新研究院完成了吴炳方团队完成了“全球大宗粮油作物生产与粮食安全形势”，评估了近十年全球及中国粮食生产能力、自给状况的变化，发现近十年中国大宗粮油作物产量持续增长，形成了“南方稳产、北方优势产区集聚”的总体格局；而撒哈拉以南非洲等区域因农业基础设施不足，灾害抵御能力不强，产量波动剧烈。

主要完成人及所在单位：

王琦安（科技部国家遥感中心）

刘志春（科技部国家遥感中心）

柳钦火（中国科学院空天信息创新研究院）

吴炳方（中国科学院空天信息创新研究院）

张   奇（中国科学院南京地理与湖泊研究所）

辛晓平（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所）

09

邱桑温泉位于拉萨市西北，该区有面积约为0.7km2的多个古泉口形成的古钙华沉积扇，以及零星的现代温泉泉口。泉华未成岩之前具有可塑性，是记录古人类活动的有效载体。章典教授在1988年已经发现了该处有末次冰期以来的古人类手脚印。在广州大学人才项目、青藏高原第二次科考项目和国家面上基金项目的支持下，章典教授于2018年带领团队继续深入研究邱桑温泉附近的古人类活动，并发现了5个手印和5个脚印组成的手脚印岩板。经合作者程海教授团队铀系测年实验室得出，手脚印岩板其中一个手指印表面样品的U/Th年龄为20.7~18.8万年，即为泉华软泥脱水硬化成岩的年龄，从而证明了古人类在20万年前就在高原腹地活动。此外，手脚印的痕迹学、解剖学和形态学的分析和鉴定证明, 这些手脚印排列有序，创作有意，并构成了一幅图像，为一种古老的“岩面艺术（Parietal Art）”, 这也是迄今为止世界上报道的最早的艺术行为。这项成果入选国际考古权威杂志《Archaeology》2021年世界考古十大发现，影响力全球排名第二。这项发现表明青藏高原上的古人类已经具备一定的认知和行为技能，这种能力不但使他们可以应对资源的季节性短缺、低温和缺氧的环境，同时创造出了世界上最早的艺术。手脚印的发现也给考古学，艺术史学，古人类认知科学，古人类环境适应能力等方面的研究带来了新的挑战。

主要完成人及所在单位：

章   典（广州大学）

Matthew R. Bennett（伯恩茅斯大学）

程   海（西安交通大学）

王蕾彬（广州大学）

张海伟（西安交通大学）

Sally C. Reynolds（伯恩茅斯大学）

张盛达（广州大学）

王晓晴（广州大学）

李   腾（广州大学）

Tommy Urban（伯恩茅斯大学）

裴   卿（香港教育大学）

吴志峰（广州大学）

张   普（西安交通大学）

刘春茹（中国地震局地质研究所）

汪亚峰（中国科学院青藏高原研究所）

王   聪（暨南大学）

张东菊（兰州大学）

R. Lawrence Edwards（明尼苏达大学）

长江模拟器，是指以长江流域为对象，以流域水循环为纽带，将自然过程与人文过程相耦合而研发的流域模拟系统及科学装置。长江流域模拟器强调长江上、中、下游以及湖库－岸线－城市群的互联互动，强调长江洪水防御、水力发电与水生生物保护等的联合调度，强调长江流域保护与发展的协调，具有“监测—模拟—评估—预警—决策—调控”一体化功能。长江模拟器已应用于水利部、生态环境部、自然资源部、应急管理部、三峡集团、国家发改委宏观经济研究院、重庆市政府、武汉市政府和九江市政府等国家多部委和地方政府部门。研究成果支撑了生态环境部国家长江生态环境保护修复联合研究中心的智慧管理平台，并已应用于自然资源部《长江经济带国土空间规划》的编制。自2020年以来，流域中长期降水趋势预报成果参与了国家气候中心/水利部水文局会商，并向应急管理部提交了三个年度长江主汛期水旱灾害预测成果，为应急管理部灾害模拟器规划设计提供了技术支撑。长江模拟器首席科学家夏军多次被特邀在国际重要水大会报告长江模拟器，应邀在国际顶尖期刊Nature-Water首刊撰文介绍长江模拟器。2023年9月，基于长江模拟器的研究与应用实践，夏军教授提出“流域模拟器研发与应用”，得到国际水科学界的认可，被列入国际水文科学协会（IAHS）新的十年计划HELPING工作组。长江模拟器研发为长江大保护和长江经济带高质量绿色发展提供了重要科技支撑，对提升流域管理水平和创新区域绿色发展模式具有重大的科学和实践意义。

主要完成人及所在单位：

夏    军（武汉大学）

占车生（中国科学院大气物理研究所）

林忠辉（中国科学院地理科学与资源研究所）

邹   磊（中国科学院地理科学与资源研究所）

王洪铸（中国科学院水生生物研究所）

张永勇（中国科学院地理科学与资源研究所）

朱广伟（中国科学院南京地理与湖泊研究所）

金双根（中国科学院上海天文台）

曾思栋（中国科学院重庆绿色智能技术研究院）

佘敦先（武汉大学）

胡   实（中国科学院地理科学与资源研究所）

王月玲（中国科学院地理科学与资源研究所）

杜朝阳（中国科学院地理科学与资源研究所）

02

旱区降水稀少、土壤贫瘠、生态环境脆弱，对气候变化和人类活动极为敏感。变化环境下的干旱生态系统阈值是地理学和生态学研究的前沿领域之一。目前关于干旱生态系统在单一环境压力（如干旱）驱动下的阈值研究取得了一系列重要成果，但复合环境压力（如干旱和放牧）共同驱动的阈值特征更为复杂而尚未有科学定论。傅伯杰院士团队在国家自然科学基金重大项目“干旱半干旱地区生态-水文过程及其对生态系统服务功能的影响”的支持下，开展了中国北方旱区近4000公里样带调查，结合多源遥感数据、文献综述meta数据、生态系统野外台站（CERN)监测资料分析等，首次开发了综合考虑干旱和放牧共同作用的二维阈值模型，揭示了干旱和放牧共同驱动的中国旱区生态系统的阈值特征，阐明了不同干旱程度所对应的放牧强度的“安全操作空间”，为旱区应对气候变化和放牧的可持续管理提供科学基础。

研究结果表明，放牧与干旱多呈现协同作用，导致旱区生态系统的干旱阈值提前，使生态系统结构、功能更易发生非线性突变。干旱和最大允许放牧强度呈负相关关系，干旱度每增加0.01单位导致最大允许放牧量下降2.4%。由干旱和放牧的关系确定了放牧的安全操作空间，识别出现状及未来气候变暖情景下不适宜放牧、减小放牧压力和放牧强度可增加等关键区。相关研究成果于2023年发表在Nature Sustainability、Science Bulletin、Global Change Biology、Science of the Total Environment、Environmental Research Letters、Ecological Indicators等期刊。被国家自然科学基金委员会官网、科学网、York Environmental Sustainability Institute官网等报道，受到了广泛关注。

主要完成人及所在单位：

李长嘉（北京师范大学）

傅伯杰（北京师范大学）

王   帅（北京师范大学）

周文心（北京师范大学）

任灼冰（北京师范大学）

刘焱序（北京师范大学）

李   琰（北京师范大学）

赵文武（北京师范大学）

03

水资源是维持人类和生态系统生存和发展的首要条件，对于保障我国粮食安全和社会经济可持续发展至关重要。随着气候的持续增暖、人口的急剧增加、环境的日趋恶化，水资源匮乏与需求矛盾变得愈加尖锐，以至于水资源可利用性的时空格局及未来演变极为不确定，全球水资源问题已发生了深刻变化，成为各国重点关注和亟待解决的热点和难点。为了解决这一难题，该研究构建了基于水量平衡、弹性系数法和机器学习等方法的新框架，充分整合了卫星遥感、地面观测、地球系统模型等多源数据，系统研究了过去20年水资源可用性和未来30年地表径流的时空演变特征。研究发现，南半球主导了全球陆地水资源可用性近20年的显著下降趋势；北半球受区域间显著的差异性影响，其水资源可用性变化趋势微弱。归因分析表明，气候模态如厄尔尼诺-南方涛动指数是主控因素，其次是植被变化和人类活动等。修正的地球系统模型预估结果进一步表明，未来30年全球大多数地区的地表径流呈下降趋势，水资源短缺问题将会更为严峻。研究成果揭示了近20年全球陆地水资源可利用性的基本演变特征，修正了关于陆地水资源未来演变的认识偏差，为全球和区域水循环对气候变化的响应机制研究提供了新认知。研究成果于2023年以Research Article形式发表在《Science》和《Nature Water》等杂志上，入选《Science》官网头条新闻。研究获得国家重点研发计划、中国科学院“率先行动”高层次学术帅才计划、第二次青藏高原综合科学考察研究及国家自然科学基金等资助。

主要完成人及所在单位：

张永强（中国科学院地理科学与资源研究所）

李聪聪（中国科学院地理科学与资源研究所）

张选泽（中国科学院地理科学与资源研究所）

马   宁（中国科学院地理科学与资源研究所）

田   静（中国科学院地理科学与资源研究所）

于   强（中国科学院地理科学与资源研究所）

刘昌明（中国科学院地理科学与资源研究所）

量子计算是一种遵循量子力学规律进行计算的新型计算模式，在网络信息安全、大数据和人工智能等领域具有巨大的潜在优势。本团队将量子计算引入到信息地理学领域，在地理场景建模和泛在信息处理方面取得了系列原创性成果：①建立了面向量子计算的时空数据组织方法，创建了量子计算适配的可计算时空数据模型和数据结构，解决了空间数据向量子模型的映射问题。②发展了多尺度时空数据分解、时空流画像、行为模拟预测等模型，提出了量子空间优化和时空分析方法，提升了时空流多尺度动态演化模拟和预测能力；③建立了复杂时空约束下地理数据多尺度量子模拟技术，首次实现了基于超导量子计算机的光伏发电功率预测模型真机实验，应用量子计算算法，在大科学装置上成功实施了海岸带模型和陆面模式的优化模拟；④研制了大规模地理空间优化量子模型技术，验证了基于国产光量子、超导量子计算平台以及模拟量子计算平台的服务地理计算的可行性，应用于电力、交通、通信等领域；⑤研发了基于量子游走的开源时空数据分析软件包QWDAP，设计了普通PC-超算集群-量子真机适应的一体化量子计算模型，简化了量子地理模型开发与应用分析难度。累计已发表相关论文12篇，授权国内外发明专利18件，进入美日德澳等11国，形成了自主知识产权体系，获第八届伊斯坦布尔国际发明博览会金奖。项目研究构建了量子地理计算模型并进行了典型应用场景示范，展示量子计算的地理学科适用性，为大数据时代复杂地理问题求解和大规模数据分析提供了新的技术路径。

主要完成人及所在单位：

袁林旺（南京师范大学）

俞肇元（南京师范大学）

刘  熠（北京雁栖湖应用数学研究院）

乐松山（南京师范大学）

智   勇（中国移动通信集团江苏有限公司泰州分公司）

潘   东（国网安徽省电力有限公司经济技术研究院）

窦猛汉（本源量子计算科技(合肥)股份有限公司）

胡   旭（南京师范大学）

周鑫鑫（南京邮电大学）

李冬双（南京师范大学）

仲   腾（南京师范大学）

潘炳煌（南京师范大学）

吴明光（南京师范大学）

周良辰（南京师范大学）

罗   文（南京师范大学）
谭骆坚（南京师范大学）
闾国年（南京师范大学）

0６

随着信息技术的快速发展，基于手机信令、社交媒体等地理大数据的分析方法和应用层出不穷。刘瑜研究团队创新性地提出了社会感知理论，它是指基于多源地理大数据挖掘人的时空间行为模式，并揭示其背后社会经济特征的研究方法，从而提供了一条“由人及地”的研究路径。

该成果基于团队多年研究工作，全面梳理了社会感知的基本理论、相关分析方法及应用。主要学术贡献如下：1）形成了完整的社会感知理论和方法体系，包括对人感知、对地感知，进而从场所语义、空间交互、地理过程三个感知维度，构建了技术框架，并提出了融合遥感和社会感知的技术路线，为地理大数据研究提供了指导。2）研发了包括基于时谱曲线周期识别、混合活动分解、多尺度异常发现、基于Levy飞行和探索返回机制的移动性模型、流的空间自相关度量与聚类、城市空间隐性边界识别、基于图卷积人工神经网络的场所属性预测等一系列地理大数据分析技术。3）与自然资源部、新华社等部门，北京、深圳等城市，以及华为、高德等企业开展合作，实现了成果的应用落地。

社会感知为多源地理大数据应用提供了指导，弥补了高时空分辨率社会经济要素感知能力不足的缺憾，成为信息地理学领域一个重要研究方向。

主要完成人及所在单位：

刘　瑜（北京大学）

源于青藏高原的大江大河对全球一半以上人口的福祉至关重要。准确量化气候变化背景下青藏高原水资源变化，科学研判未来河流径流量变化趋势，是水资源有效利用的基础与前提。然而，由于青藏高原气候和地形复杂，观测和模型结果不确定性大，长期以来限制了该问题的深入研究，进而限制了水资源变化对流域人类文明兴衰的认识。在国家自然科学基金“青藏高原地球系统基础科学中心项目”（41988101）、第二次青藏科考项目（2019QZKK010206）和国家自然科学基金“西南河流源区径流变化和适应性利用”重大研究计划（91547115）等项目的支持下，云南大学陈峰研究员联合国内外团队，基于青藏高原南部树木年轮宽度数据，重建了过去千年来雅鲁藏布江、湄公河和萨尔温江的总径流量变化，并结合相关模式预测了未来径流量的变化趋势。结果表明，（1）青藏高原径流量与流域下游旱季植被生产力显著正相关，指示青藏高原径流量对东南亚生态和社会系统功能的重要性；（2）青藏高原径流量在流域文明演化进程中扮演了重要角色，中世纪暖期丰沛的河流水资源促进了蒲甘王朝崛起和吴哥窟修建，而小冰期水资源较少与缅甸衰弱和吴哥窟废弃相对应，这为东南亚文明演化研究提供了新的视角；（3）研究还发现北大西洋多年代际变率和太平洋十年涛动是引起过去千年径流量变化的重要气候系统内部变率，考虑驱动因素影响的预测模型结果显示，未来青藏高原流入东南亚和南亚的径流量可能达到甚至超过中世纪暖期丰沛水资源的水平。该研究通过打通学科界限，推动了对“全球变化和区域人类活动驱动下青藏高原地球系统链式响应”这一科学问题的理解。相关成果发布在Nature Geoscience等国际权威期刊。

主要完成人及所在单位：

陈　峰（云南大学）

满文敏（中国科学院大气物理研究所）

何大明（云南大学）

王世杰（云南大学）

袁玉江 （中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所）

胡　茂（云南大学）

赵晓恩（云南大学）

陈友平（云南大学）

张合理（中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所）

罗　贤（云南大学）

尚华明（中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所）

喻树龙（中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所）

方欧娅（中国科学院植物研究所）

09

乡村地域系统类型识别及其转型发展规律研究，是新时期全面推进乡村振兴战略亟需解决的重大理论难题，也是国际乡村地理前沿研究的重要科学命题。2023年，本团队启动实施国家自然科学基金重大项目“乡村地域系统协同观测与转型机理及模拟”，系统梳理了乡村地域系统研究进展及其关键科学问题，创新开展了乡村地域系统类型识别与转型过程诊断，初步探明了乡村转型发展基本规律及其未来趋向，取得了突破性进展和创新性成果：①率先构建了“自上而下”的人地系统功能分区-类型分类-强度分级探测的理论与方法体系，研制了人地系统生活-生产-生态功能分区方案，识别出城市型-村镇型-农业型-生态型等主导类型，评析了人类足迹强度，系统揭示了2000~2020年中国乡村人地系统分布、类型和等级变化趋势；②自主研发了一套面向乡村聚落科学探测的高效遥感制图模型，显著提高了对长时序大范围条件下乡村聚落变化自动化监测水平，发展了面向乡村道路识别的形态学软阈值动力学模型，实现了乡村聚落、道路、作物等复杂场景的智能化精细识别，破解了乡村系列数据短缺的现实问题及其探测技术难题；③创新研制了乡村地域系统转型的NATURE多层级响应敏感性测度模型，提出了乡村地域系统转型拐点识别及过程状态诊断智能模型架构，实现了对乡村地域系统自然气候、地域环境、资源禀赋、社会经济等要素转型趋势的智能化诊断；④初步搭建了乡村地域系统转型诊断-探测-模拟综合技术平台，解决了多粒度、多层次、多应用的异构模型集成问题，建立了可共享、高内聚、松耦合的乡村地域系统转型信息服务集成模式，并发布可持续减贫与发展大数据系统，为乡村地域系统转型诊断与乡村振兴决策提供了信息化平台技术支撑。

本项目2023年在Science Bulletin和《科学通报》等期刊发表学术论文33篇，出版著作3部，授权发明专利6项，构建了乡村地域系统协同观测数据集及技术平台，多份咨询报告被省部委多部门采纳，项目负责人刘彦随研究员因其突出贡献被授予第三届全国创新争先奖，项目成员刘彦随、李裕瑞、李玉恒等入选全球高被引科学家。

主要完成人及所在单位：

刘彦随（中国科学院地理科学与资源研究所）

王黎明（中国科学院地理科学与资源研究所）

何建华（武汉大学）

王介勇（中国科学院地理科学与资源研究所）

李裕瑞（中国科学院地理科学与资源研究所）

赵   娜（中国科学院地理科学与资源研究所）

范泽孟（中国科学院地理科学与资源研究所）

李玉恒（中国科学院地理科学与资源研究所）

王永生（中国科学院地理科学与资源研究所）

刘正佳（中国科学院地理科学与资源研究所）

曹   智（中国科学院地理科学与资源研究所）

郭远智（中国科学院地理科学与资源研究所）

陈宗峰（中国科学院地理科学与资源研究所）

冯巍仑（中国科学院地理科学与资源研究所）

距今6000至3000年前，欧亚大陆的长距离跨区域交流不仅首次沟通起了东西方