基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态，讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征，结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类，根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用，也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱，中高纬度环流经向度加大，乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深，50°N以南为负高度距平，新疆冬季平均气温一致偏低；反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似，但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高；北暖南冷型出现时，乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱，新疆上空为浅脊控制，新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。

城市群是国家工业化和城镇化发展到高级阶段的产物，是高度一体化和同城化的城市群体，城市群形成发育过程是一个各城市之间由竞争变为竟合的漫长自然过程，遵循自然发展规律。天山北坡城市群位于丝绸之路经济带核心区新疆的北疆地区，是国家“十三五”期间推动建设的19个城市群之一，也是重点建设的两个边疆地区城市群和丝绸之路经济带核心区建设的唯一一个城市群。本文分析了天山北坡城市群可持续发展的战略基础、发展机遇及存在问题，提出了天山北坡城市群可持续发展的战略定位、发展目标和空间布局设想。按照“创新驱动、开放带动、内外联动、重点撬动、兵地互动”的发展思路，未来可将天山北坡城市群建成丝绸之路经济带重要的战略支撑点、全国重要的战略资源加工储运基地、新疆城镇化与经济发展的核心引擎，边疆民族团结和兵地融合发展示范区；按照城市群内部干旱脆弱的生态功能区、产业集聚的生产功能区、城镇集聚的生活功能区三大功能分区管控要求，做实一带（丝绸之路经济带城镇化发展带），做强一圈（乌昌五都市圈），做通两轴（乌拉斯台口岸-准东-南疆库尔勒轴线、克拉玛依-奎屯-南疆库车轴线），做精四区（包括奎独乌胡都市区、石沙玛都市区、克拉玛依都市区和吐鲁番都市区四大兵地融合型都市区），形成由 “一带一圈、两轴四区”组成的“夫”字型兵地融合发展空间新格局。

为认识全球变暖背景下中国西部大陆性冰川与海洋性冰川物质平衡变化及其对气候响应，本研究以天山乌鲁木齐河源1号冰川和藏东南帕隆94号冰川为例，结合大西沟与察隅站气象资料，对1980 — 2015年两条冰川的物质平衡变化特征及差异进行了分析。结果表明：36 a来乌源1号冰川与帕隆94号冰川物质平衡总体上均呈下降趋势，累积物质平衡达-17102与-8159 mm w.e.，相当于冰川厚度减薄19与9.01 m，且分别于1996、2004年左右发生突变。同期两条冰川所处区域年均温呈显著上升趋势，而降水量却表现出不同的变化态势；二者年内气温分配相仿，但降水分配差异较大。初步分析认为气温上升是导致乌源1号冰川与帕隆94号冰川物质亏损的主要原因，冰川区气温和降水变化幅度的差异和地性因子（坡度、冰川面积）的不同使得乌源1号冰川对气候变化响应的敏感性高于帕隆94号冰川，由于目前海洋性冰川物质平衡监测时段相对较短，为深入研究中国西部冰川物质平衡变化及过程仍需加强对冰川的持续观测。

草原作为我国最大的陆地生态系统，对生态安全、生物多样性、畜牧业等具有重要的意义，但草原生态承载力有限，随着人口和社会经济压力的不断增加，对草原的过度利用导致草原生态破坏严重，草原生态系统面临巨大威胁。为了恢复和保护草原生态系统，2002年前后国家在草原破坏严重的地区实施禁牧政策。政策实施以来，草原得到很大程度的恢复，生态效果明显，但政策实施过程中也出现了一些新的问题。探索北方农牧交错区草原利用效率和存在的问题可为进一步制定相关政策提供依据，对北方农牧交错区的生态环境修复和可持续发展有重要的意义。本文通过对相关文献的综述和典型禁牧区的研究，从禁牧政策的效益、问题和农户支持度等方面，进行了研究和论述，主要结论包括：（1）北方农牧交错区草原生态承载力低，生态赤字严重。（2）禁牧政策虽对生态环境的改善起到很大作用，但在一些禁牧区，当地政府不能因地制宜实施禁牧政策，再加上配套实施和基础设施滞后，草场界限模糊以及政策宣传和监管力度不够等问题导致了新的草原退化，草原生态恢复大打折扣。（3）禁牧政策实施对农户的生产和生活造成一定的影响，部分农户无法顺利完成生计方式的转型，又因生态补偿标准低和补偿有失公平等问题无法弥补禁牧造成的经济损失，导致农户生活水平有所下降，加深了生态环境与农户生计之间的矛盾，部分农户对禁牧政策的支持度较低。

绿洲城市是干旱区人类生产和生活的集聚中心，也是人地关系最为敏感的区域之一。了解绿洲城市土地利用/覆盖变化的研究进展对于改善区域人地关系、促进绿洲城市可持续发展具有重要意义。利用系统综述方法，对研究我国绿洲城市土地利用/覆盖变化的相关文献进行梳理，在综述已有研究进展的基础上，探讨了已有研究存在的不足并对未来研究方向进行展望。绿洲城市土地利用/覆盖变化研究的相关文献数量和被引频次均呈增长趋势。已有研究主要在局地尺度上分析了绿洲城市土地利用/覆盖变化的过程、驱动机制和生态环境效应，关于绿洲城市可持续性和基于区域尺度的相关研究较少。因此，未来应在多个尺度上开展工作，综合研究绿洲城市土地利用/覆盖变化的过程、影响和可持续性。

利用青藏高原东北部68个国家气象站的气象资料，统计了1961—2015年的全区月、季、年冷空气次数、强度和强降温综合强度资料，应用气候诊断方法分析了冷空气次数、强度和强降温综合强度的变化特征及其成因。结果表明：在年尺度上，1961—2015年青藏高原东北部全区冷空气年平均出现次数为49.6次，冷空气次数气候变化倾向率每10 a减少0.600次，减少趋势不显著；全区冷空气年平均强度为0.39，气候变化倾向率每10 a降低0.022，减弱趋势显著；全区冷空气年强降温综合平均强度为0.67，气候变化倾向率每10 a降低0.005，减弱趋势不显著。在季节尺度上，冷空气次数夏季减少的趋势显著，而春季减少的趋势和秋季、冬季增加的趋势不显著；冷空气强度冬季减弱的趋势显著，而其他季节减弱的趋势不明显；强降温综合强度春季增强趋势和其他季节减弱的趋势不显著。1961—2015年大西洋欧洲区极涡面积指数等因子减小以及热带北大西洋海温指数等因子增大是导致全区年冷空气次数减少的主要成因之一，而西藏高原指数等因子增强和热带印度洋海温偶极子指数等因子减弱是导致年冷空气强度减弱的主要原因之一。

新疆荒漠具有分布广泛、成因复杂、类型多样等特点。利用新疆数字地貌图结合Landsat卫星TM数据与GIS制图技术，通过长期野外调查结合有关资料编制荒漠类型图，获得荒漠类型面积数据，据此探讨荒漠分布规律、结构特征、形成演变，并提出利用和保护荒漠的建议。主要结果和结论如下：（1）新疆荒漠具有水平地带性分布与垂直地带性分布的规律及非地带性分布特点，荒漠多分布于干旱程度较高的南疆和东部吐鲁番及哈密地区，东部荒漠占新疆面积的45.86 %，占东部区域面积的91.77 %。（2）荒漠分布广，面积大，总面积达1 31.3 ?104 km2，占新疆面积的80.55 %。荒漠类型面积最大的是沙漠为42.7?104  km2，占荒漠面积32.49 %，泥漠面积仅10 638.5?104 km2，占0.81 %。（3）荒漠类型复杂多样，成因各异，有沙漠、砾漠、盐漠等11种类型，分别主要由气候、地貌、地表物质组成、人为作用等因素单独或共同作用所形成。（4）受自然环境变化与人为作用，荒漠类型之间、荒漠类型与其它地物之间可发生演变。（5）各种荒漠类型的要素特征不同，宜合理利用荒漠资源，划分荒漠环境退化敏感区，保护荒漠环境，针对不同荒漠类型采取适应保护措施，以保障区域可持续发展。

基于典型高寒内陆河——提孜那甫河流域的6个不同海拔自设气象站的2012—2016年气温数据，分析了该地区不同海拔区域近地表气温的时间变化特征和空间变异特征。结果表明：（1） 低、中、高山区均温均可被sine函数高度拟合（R²>87%），且随海拔增高气温波动减弱，时间变化延迟，气温变幅差异减小。（2） 日均温与月均温最低值出现月份不同步，且这一情况在海拔相对较高区更易出现。（3） 年内尺度不同区域气温空间差异：D1区（麻扎—库地）在秋、冬季最大；D3区（库地达坂—西合休）在春、夏、秋最小；D4区（西合休/库地达坂—莫木克）在夏季最大，冬季最小；D5区（莫木克—江卡）在春季最大，相关分析结果表明：气温空间分异受海拔影响大。研究结果将对提高高寒山区气候特征认知及改善冰雪水循环模拟具有重要促进意义。

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料，结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据，对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析，并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明：在水平分布中，强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云，冰云云顶高度在8~17  km，冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60 μm、 150、 5 000  g?m^-2；冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中，冰云主要分布在3.5 km以上，发生强降水站点的冰云为深对流云，冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150 μm、 3 000 mg?m^-3 、 500 L^-1；冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部，且随高度上升而减小，冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部，且随高度上升而增加，冰水含量高值区则存在于云层中部；冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据，分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示：（1）2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大，呈减小趋势，多年平均积雪面积约为5x104 km2，占祁连山总面积的25.9%；年内变化成 “M”型，即在一个积雪年中有两个波峰和波谷，波峰出现在11月和1月，波谷出现在7月；季节变化波动趋势较大，夏冬季积雪面积减小趋势大于春季，秋季呈现略微增加趋势。（2）祁连山区积雪面积主要分布在3 000~4 000 m及4 000~5 000 m，积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势；祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大，积雪覆盖率差异较小；积雪频率高值区呈典型的条带状分布，与祁连山地形相一致，呈西北-东南分布，积雪频率高值区的分布西部大于东部。（3）初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。

利用NASA发布的2008—2015年CloudSat卫星的2B-CWC-RO、2B-CLDCLASS、2C-SNOW-PROFILE和地面气象站的观测资料，对北疆沿天山及其周边区域内21次强降雪天气降雪前和降雪期间卫星过境时云宏微观特征进行了对比分析。本文将研究区域分为了北疆沿天山西部和中部地区，分析结果表明：（1）降雪前和降雪期间的云类型以层云、积云、高层云和深对流云为主。（2）降雪前冰粒子等效半径均值分布在58.65~67.29 μm之间，冰粒子数浓度的均值在41.2~76.5 L-1之间，冰水含量的均值在25.4~135.1 mg·m^-3之间，雪水含量均值在28.0~88.0 mg·m^-3之间，降雪强度均值在0.08~0.36 mm·h^-1之间。（3）降雪前冰粒子等效半径、冰粒子数浓度、冰水含量、雪水含量和降雪强度均值分别比降雪期间大2.9 %、6.2 %、34.4 %、36.4 %和18.7 %，且高值区主要集中在北疆沿天山西部地区。

利用2015年8月至2016年7月在印度河上游流域Bagrot山谷降水稳定同位素（δ18O和δD）观测结果以及当地气象资料，利用同位素示踪及统计分析方法，并结合HYSPLIT模型，对研究区降水稳定同位素变化特征、大气水线以及水汽来源进行了分析。结果表明，观测期间Bagrot山谷降水稳定同位素的季节变化明显，δ18O与δD秋冬季偏低，春夏季偏高，且与气温变化一致，存在显著的温度效应，而降水量效应不明显。而且发现，研究区局地大气水线截距和斜率均低于全球的，反映了降水过程中云下二次蒸发作用较为强烈，特别是，不同的降水形态导致该研究区局地大气水线的斜率和截距不同。当液态降水（降雨）发生时，由于在较为干旱的气候环境下，雨滴在降落的过程中受到二次蒸发相对较强，使得局地大气水线的斜率和截距偏低；而当固态降水（降雪）发生时，由于温度较低，受再循环水汽和二次蒸发的影响较小，导致局地大气水线的斜率和截距均偏高。Bagrot山谷及其周边地区，从南到北局地大气水线的斜率相差不大，而其截距总体上随着纬度升高而降低，可能与云下二次蒸发导致稳定同位素发生的不平衡分馏逐渐强烈有关。通过Bagrot山谷站点降水稳定同位素观测结果并结合HYSPLIT模型的后向追踪，研究还发现，研究区全年主要受西风环流以及局地环流的影响。但与研究区以北的临近站点（慕士塔格、和田等）相比有所不同，由于Bagrot山谷位置更靠南，其仍然偶尔受到来自南方的海洋性水汽影响。这一研究结果可能对该地区树轮稳定同位素记录的解译具有一定的指示意义。

开展干旱预测是有效应对干旱风险的前提基础，根据1960-2016年三江平原7个站点逐日降水和气温数据，利用ARIMA和ANN模型对不同时间尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）序列进行分析建模预测。借助相关系数R、纳什效率系数NSE、Kendall秩相关系数τ、均方误差MSE和Kolmogorov-Smirnov （K-S）检验对模型的有效性进行了判定，然后分别用ARIMA和ANN模型进行12步预测，并将预测值与实际值进行比较。结果表明：（1） ARIMA模型和ANN模型对SPEI的预测能力都随时间尺度的增加而逐渐提高。（2）两种模型对3、6个月尺度SPEI的预测精度偏低，9、12、24个月的SPEI的预测精度在70%以上；（3）SPEI-9、SPEI-12、SPEI-24三个时间尺度ANN模型的预测精度优于ARIMA模型。

利用2000—2014年MODIS/NDVI时间序列数据，采用栅格像元趋势分析、稳定性评价的方法，研究了陕西省近15 a植被的时空变化特征和规律；利用Hurst指数对陕西省植被未来变化趋势进行了预测；并利用相关性分析法分析了NDVI与年均温度和降雨量的关系。结果表明，2000年、2015年陕西省NDVI均值分别为0.4273、0.4942， 15 a来增加了0.067，增长了16.0%，其中陕北地区NDVI增加明显，关中部分地区出现负增长，陕南地区NDVI总体依旧维持在较高水平。陕西省植被变化趋势具有明显的空间差异性，全省植被未变化的占52.0 %，改善部分占44.27 %，退化部分占3.73%，说明15 a间陕西省植被覆盖改善面积大于退化面积，植被状况有所改善；其中陕北地区植被呈明显改善区域面积较大，关中地区植被覆盖面积有所减少，陕南地区植被变化幅度较小。陕西省植被稳定区域占50%以上（0 <Cv< 0.1），中等程度区域占28%（0.1 <Cv< 0.2），不稳定区域不足2%( Cv > 0.2)，说明15a间陕西省植被较为稳定，变化程度不大；其中陕西省植被最稳定地区主要集中在陕南、延安南部，榆林部分、西安、渭南少部地区变化幅度较大。Hurst指数分析表明陕西省44.54%面积的植被未来有可能面临退化，主要分布在陕北和关中地区的北部，植被未来有可能退化也有可能改善的面积占49.78%，主要分布在延安和陕南地区。陕西省近15 a气温和降水量总体呈增加趋势，增加速率分别为0.48 ℃·(10 a)-1和69.5 mm ( a)-1；相关性分析结果表明，年均降雨量是影响NDVI的主要气象因子，同时陕西省植被变化也受到了退耕还林还草、防沙治沙、生态政治等人为因素的影响。

在西北内陆河流域，地下水是维系人类生存、生态环境和社会经济发展的重要水源，但这些流域生态环境脆弱。为保护地下水资源和脆弱的生态环境，亟待开展地下水合理开发利用研究。本文在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上，采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法，界定了地下水的生态功能及阈值，即维系植被生态地下水埋深为0.5~10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10⁸ m³、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×108 m³·a^-1。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成，得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10⁴元·km^-2和163×104 元·km^-2；地下水不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^-2和1 032元·km^-2。本文研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护科学依据，同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用借鉴。

本研究采用博斯腾湖流域1970—2014年的气象站点数据及Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发（ET0），对比分析了流域山区和平原区ET0的时空变化及对主要气象因子的不同影响。结果表明：1）在年际尺度上，山区ET0在1970—2000年整体呈波动下降的趋势（P<0.01），2000年开始，ET0呈现略微上升的趋势；平原区ET0在1970—1993年间以-77 mm/10a的速率呈减小的趋势（P<0.01），1993年之后逆转为以83.8 mm/10a的速率呈上升趋势（P<0.01），平原区的变化明显强于山区。2）季节上呈现夏季为流域ET0最高的季节，是年变化的主要贡献者；而变化趋势则表现为平原区春季和夏季ET0大于山区，秋季和冬季略小于山区。3）ET0变化对净辐射和风速最为敏感，同时，山区净辐射和风速对ET0变化的贡献率最大，平原区影响ET0变化的主导因素是风速，风速对ET0的贡献率均超过50%。

利用美国宇航局（NASA）发布的2003年1月～2015年12月的AIRS Standard Physical Retrieval Edition 6.0中的level2的反演数据，对新疆及其周边地区--特别是三大山区近13 a的可降水量的时空分布特征进行了研究。结果表明，从空间分布看，可降水量高值区主要集中在盆地地区，尤其在塔里木盆地、准最低值达1.92 mm；新疆及其周边地区可降水量所有格点13  a平均值来看，总体上，夏季最高，冬季最低。从时间分布看，对新疆及其周边地区、天山、昆仑山和阿尔泰山四个研究区域分别进行区域平均，发现以个区域年变化呈单峰型，从1～7月的可降水量逐渐增加，8～12月份的可降水量逐月减少；可降水量的整体年际变化趋势是一致的，2003—2010年呈上升趋势，2010—2015年呈下降趋势。

为了探寻发达省份内城市间相互作用的时空特征，该文以浙江省为样本单元，选取2005、2010年和2015年3个时间截面，采用反距离权重法和空间插值手段，从城市流强度视角展开了实证分析。结果表明：（1） 城市间的联系在不断加强，期间城市流强度值随时间的推移而整体得到提升，空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变，中心城市的辐射带动作用开始发挥成效。（2）结构上呈现出相对稳定的北高南低的分布格局，以杭州市为龙头，宁波为副核心，温州、绍兴、舟山为重要节点的多中心城市网络结构雏形初步形成。（3） 城市流强度的空间分异特征分析明显，但分异程度有了些许的改善，侧面说明空间上由初始的“中心点”通过发展扩散向“中心域”转变的基本观点。最后就浙江省如何加强省内城市间“流”的规模性、区域协调性和可持续性展开了讨论。

为了更准确的掌握乌鲁木齐地区夏季气象干旱的变化特征并研究其成因，以乌鲁木齐地区5个站点的历史降水资料为基础，统计得到其1961—2015年夏季累积降水在100～250 mm范围内变化，并通过计算Z指数来表征干旱变化特征，利用Mann-Kendall检验和Morlet小波分析归纳了乌鲁木齐夏季气象干旱在1980年代中期的突变特征以及1986年以来12 a左右的周期性变化特征。在此基础上结合NCEP/NCAR再分析资料、JRA海表温度（SST）等数据，通过对比典型旱/涝年的异常特征，对夏季气象干旱发生的成因进行了分析，发现低纬东风输送强时水汽可由80°～90°E向北越过青藏高原影响新疆地区，反之则包括乌鲁木齐在内的天山以北地区可降水量都偏少，并且指出赤道东太平洋SST异常所导致的赤道纬向垂直环流异常是导致这一差异的可能成因。此外还对乌鲁木齐夏季气象干旱与大气环流指数存在的关联进行了讨论。这些结果为乌鲁木齐降水机理研究以及气候预报提供了重要依据，并为人工影响天气和抗旱减灾工作提供了有力支撑。

绿洲城镇组群是新疆特殊区域形成的规模相对较小的单一中心空间自组织模式。运用城市中心性指数、城市经济联系模型和Theil系数对新疆八大绿洲城镇组群内部城镇中心性、经济联系及空间差异测度。结果显示：绿洲城镇组群内部的中心城市的中心性职能较强，周边城镇的中心性职能相对较弱，形成了单中心的空间自组织模式；绿洲城镇组群内部经济联系量和经济联系隶属度大小的排序一致，离中心城市的距离越近、经济发展水平越高，经济联系隶属度越高；近10 a年来绿洲城镇组群的整体空间差异一直在扩大，且呈现出继续扩大趋势。在此基础上，提出了建立区域合作协调机制、明确城镇组群发展方向、增强中心城市的辐射带动作用、实现产业合理分工以及构建制度保障体系促进绿洲城镇组群的协同发展。