青藏高原东南缘是青藏高原内部物质向外运移的主要通道口。该区域拥有复杂的构造边界条件和活动断裂系统，是我国强震频发、地震灾害最为严重的区域之一。青藏高原东南缘及其周缘块体的壳幔三维结构与物质强度直接控制着青藏高原物质向东南方向运移的模式和变形机制，从而进一步控制该区域的地震分布和强震孕育发生过程。很多研究表明，地震的孕育、发生及灾害特征受控于不同尺度的岩石圈结构和断层结构。根据地震科学和地震工程的需求，青藏高原东南缘(川滇地区)需要构建多尺度物性结构模型，包括控制孕震发震的区域块体尺度、断裂带尺度和断层尺度结构模型，以及影响地震灾害特征的城市尺度浅层精细结构模型。近些年来，我们通过布设于青藏高原东南缘的密集固定和流动宽频带台阵、流动短周期台阵记录到的地震、背景噪声和主动震源数据，采用多种地震学成像方法获得了该区域地壳上地幔不同尺度的各向同性和各向异性速度结构模型，探讨了该区域断裂带深浅部孕震构造特征、复杂的地壳物质运移模式及壳幔物质耦合/解耦变形模式、板块后撤与岩石圈拆沉引起的软流圈物质运动特征等一些重要的科学问题。基于已有的工作和存在的问题，我们进一步展望青藏高原东南缘多尺度物性结构建模、4D孕震环境探测以及地震灾害预测评估等研究工作。

造山带深部熔体的形成、迁移和聚集过程，对于研究地壳分异和花岗岩成因具有非常重要的意义。由于造山带深部地壳部分熔融形成的熔体已被抽取，残留麻粒岩或角闪岩中仅含有少量残余熔体，而浅部聚集的花岗岩由于熔体的聚集和混合往往很难保留不同阶段熔体演化的信息。与之相对应的，造山带区域规模的混合岩-花岗岩杂岩形成于15~40 km的地壳深度，既包含有大量不同产状和阶段的浅色体又有熔体迁移、聚集和上升过程中不同阶段结晶形成的花岗岩，是研究造山带熔体形成、迁移和聚集的重要对象，因此成为研究造山带大陆地壳分异过程和花岗岩成因的理想对象。前人对混合岩形成和迁移的温-压和流体条件、时间和期次、浅色体的成分多样性、元素和同位素行为等进行了系统的研究。相关结果对于指示花岗岩形成的多期次熔融聚合过程、转融矿物对花岗岩成分的影响和花岗岩同位素不均一性的机制等具有重要指示意义，甚至对I-S型花岗岩的成因机制提供了重要的制约。

如何合理制定区域污染控制措施是我国环境管理部门亟待解决的难题，而区域重污染过程成因定量解析和来源精细化预测是政府实施调控的关键。针对秋冬季京津冀区域重污染过程，集成国内外相关领域之主要成果，包括烟雾箱测试获得的关键反应参数，野外综合立体观测所获得干、湿沉降参数，重污染过程中关键气体及气溶胶组分、粒子谱、光学特性等时空分布特征，提出了一种定量阐明重污染过程气象、排放、化学转化以及耦合反馈作用的模式评估新方法。基于此设计了新模式框架，充分考虑大气污染和气象的相互作用机制，稳定边界层演变及其对污染生消的影响，改进和发展了符合我国重污染特点的动力学模式，集成污染溯源追踪数值模拟技术方法，建立了区域重污染成因与来源精细化预测系统，实现区域重污染过程成因和来源解析1~7天精细化预报以及污染过程7~14天中期预报。研发了区域重污染过程高精度大气环境容量和承载力定量评估分析和应急调控系统，基于模式来源解析和协同减排优化算法，提出给定污染控制目标的多污染物协同减排应急方案，为重污染天气预报预警以及应急控制提供系统解决方案。

碳是地球上最重要的元素，是生命的核心元素。而二氧化碳、甲烷等含碳气体则是最主要的温室气体，控制着地球的气候变迁和宜居性。因此，碳循环对于理解宜居地球的形成机理和演化，具有至关重要的意义。从比较行星学的角度看，地球早期大气是以二氧化碳为主的。前人估计，大气二氧化碳有110个大气压。在岩浆海冷却前，水主要存留在大气圈，其分压超过500大气压，因此，原始大气圈底部存在一个超临界二氧化碳+水混合物的层。超临界二氧化碳与硅酸盐地球的相互作用是宜居地球形成的第一步，是生命起源的关键(Zhang等, 2020)。同时，超临界二氧化碳风化硅酸盐形成碳酸盐，经板块俯冲进入地球深部。导致地球上超过90%的碳储存在地球内部。地球内部的碳绝大部分以金刚石、石墨和碳化铁的形式存在，少量以碳酸盐形式存在。金刚石、石墨等矿物很稳定，很少参与碳循环，被认为是“死碳”。碳酸盐是深部碳循环的关键。但是，碳酸盐化的地幔橄榄岩固相线大幅度降低，导致部分熔融，形成岩浆岩，喷出地表。现今地球，只有300~800千米深度下，碳酸盐化地幔橄榄岩的固相线高于地幔温度，可以存储碳酸盐。考虑到地球早期温度远高于现今温度，地球早期碳酸盐化地幔橄榄岩不能稳定保存。在岩浆海阶段，最先结晶的矿物是金刚石。在地幔浅部，金刚石的密度大于硅酸盐熔体；在深部，金刚石的密度小于硅酸盐熔体。密度拐点位于上下地幔边界。因此，岩浆海阶段结晶的金刚石倾向聚集在上下地幔边界。由于铁在下地幔发生歧化反应，因此下地幔的布里极曼石富含三价铁。在板块俯冲过程中，俯冲板片进入下地幔会导致下地幔物质补偿进入上地幔，布里极曼石分解，释放出三价铁，氧化金刚石，在上下地幔边界形成碳酸盐(Sun等, 2018)，甚至高压二氧化碳。这是深部碳循环的一个重要策源地。参考文献Zhang X, Li L F, Du Z F, et al. Discovery of supercritical carbon dioxide in a hydrothermal system. Science Bulletin, 2020, 65: 958-964Sun W D, Hawkesworth C J, Yao C, et al. Carbonated mantle domains at the base of the earth's transition zone. Chemical Geology, 2018, 478: 69-75

揭示东亚气候环境的演化规律和驱动机制，获得长时间连续的高精度沉积记录是关键。渭河盆地位于我国中部, 现在处于暖温带季风气候区，是东亚季风影响区边缘地带的一个断陷盆地。从始新世开始，渭河盆地接受了超过7000 m较为连续的河湖相沉积物；在晚中新世约7 Ma开始堆积同期异相的风尘沉积。渭河盆地汇集了1.35×105 km2受季风降水控制的地表径流，可以看作是一个东亚季风降水的“雨量筒”。过去10多年，我们对渭河盆地新生代红河组、白鹿塬组、冷水沟组、寇家村组、灞河组、蓝田组和三门组、洩湖组等沉积序列进行了调查研究，通过生物地层、磁性地层和古气候代用指标的综合分析，结合磷灰石裂变径迹(AFT)和碎屑锆石铀-铅(zircon U-Pb dating)独立定年控制，发现渭河盆地的沉积序列记录了从中始新世温室地球(greenhouse)到渐新世、中新世、上新世和更新世与全新世冰室地球(icehouse)东亚降水的阶段演化过程。研究显示，从中始新世约46 Ma到晚上新世约3.4 Ma漫长的气候演化过程中，渭河流域的气候相对温暖湿润，降水量较多；早更新世约2.6 Ma以来，降水量减少。东亚季风演化可能存在着类季风(proto-monsoon)、弱季风(monsoon-like)和季风(monsoon)的不同演化阶段。对始新世-渐新世、中新世-上新世降水变化时间序列频谱分析，发现存在明显的偏心率、黄赤夹角和岁差等轨道周期；在第四纪轨道尺度的干湿变幅和变频增大。中始新世以来东亚气候的两阶段演化特征及其存在的显著的轨道周期是全球温度变化驱动的证据。另外，东亚气候演化与亚洲海陆格局、喜马拉雅-青藏高原生长、副特提斯海退缩和大气CO2含量，也有一定联系。东亚气候的演化是在新生代全球温度变化背景下的区域响应，与不同温度条件下的海陆热力差异和赤道辐合带(ITCZ)的移动和宽度等有关。