以寒区气候和冻土变化及影响为主线，系统梳理回顾了张廷军教授在四十多年冻土研究中所作出的重要贡献。凝练总结了张廷军教授在量化多年冻土及地下冰分布和变化、厘清寒区特殊陆面过程关键要素的交互作用、发展冻土数值模拟模型和诊断分析方法以及发展冰冻圈遥感方法四个方面所作的创新性成果，基于这些成果发表的论文多已成为冻土与气候变化研究方面的经典，极大提高了对寒区气候、冻土分布及变化的物理基础的认识，为冰冻圈科学事业作出了不可磨灭的贡献。张廷军教授四十余载的求真求实之路同样值得我们学习和铭记。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》对全球多年冻土变化的观测事实、气候模式中的评估与未来预测以及多年冻土变化的影响等进行了系统归纳和总结。报告指出，在过去30~40年，多年冻土30?m以上的温度普遍升高（高信度）。2007—2016年期间，全球多年冻土温度升高了（0.29±0.12）?℃（中等信度），与不连续多年冻土区的冻土变暖［（0.20±0.10）?℃］相比，连续多年冻土区观测到了更强的变暖［（0.39±0.15）?℃］。活动层厚度在整个泛北极地区都普遍增加（中等信度）。随着全球气候变暖，多年冻土的范围和体积将会缩小（高信度）。全球地表气温每升高1 °C，距地表3?m的多年冻土体积将减少约25%（中等信度）。然而，由于地球系统模型中对与多年冻土相关物理过程的表征不完整，多年冻土的体积缩小可能被低估。报告还指出，多年冻土退化对全球冻土-碳气候反馈、生态系统及基础设施等方面造成了显著影响，在气候模式及风险评估中应予以考虑。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）第一工作组报告对多年冻土区土壤碳储量、碳汇效应及未来气候情景下温室气体排放进行了归纳和总结。报告明确指出，北半球多年冻土区表层土壤和深层沉积物的有机碳储量为1 460~1 600 PgC（1 Pg=10亿吨）（中等信度）。随着气候持续变暖，多年冻土显著退化，土壤有机质迅速分解并以二氧化碳（CO2）或甲烷（CH4）的形式释放到大气中，加速了气候变暖。在未来全球变暖情景下，近地表多年冻土面积将显著减少，并向大气释放CO2和CH4，造成多年冻土碳与气候的正反馈作用。报告还指出，预计到2100年，气温每升高1 ℃，多年冻土区CO2和CH4的排放量分别相当于18（3.1~41） PgC和2.8（0.7~7.3） PgC（低信度）。但由于所使用的估算数据异质性较大及模型之间的一致性有限，并且对多年冻土环境驱动因素及过程模型的认知尚不完整，故多年冻土对气候变化反馈的时间及幅度的可信度还处于较低水平。
冰冻圈区域河流是连接冰冻圈及河流中下游，乃至海洋碳库的重要通道。气候变暖导致冰冻圈快速萎缩，致使储存在冰川和冻土中的黑碳暴露并迁移，深刻影响冰冻圈区域河流黑碳的来源及输移过程，对海陆碳循环具有重要意义。本文重点综述了青藏高原、北极、阿尔卑斯山脉、落基山脉以及安第斯山脉等典型冰冻圈区域河流黑碳的通量、来源以及传输运移途径。结果表明：典型冰冻圈区域河流黑碳的传输通量约为2.29 Tg·a-1，约占全球河流黑碳通量的5.33%。除大气干湿沉降和径流侵蚀外，冰川消融和冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳浓度及通量变化具有显著影响，其中青藏高原和阿拉斯加冰川消融每年释放进入河流的黑碳通量分别为10.00 Gg（7.74~12.30 Gg）和0.60 Gg（0.47~0.73 Gg）。然而，冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳的影响程度尚不清楚。总体而言，冰冻圈区域河流黑碳的研究不足将严重限制区域乃至全球碳循环的系统认识，未来亟需加强冰冻圈区域河流黑碳的系统监测与研究，为量化全球变暖背景下冰冻圈区域河流黑碳变化及其影响提供科学数据。
土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量，可以通过改变地表的能量和水分交换，进而影响局地乃至全球的大气环流，因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网（站）建设发展迅速，为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性，现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同，导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同，使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论，故相关问题需要进一步讨论，并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。
汞污染是当前重要的全球性环境问题。在气候变暖的背景下，多年冻土退化能够显著改变土壤环境和水热过程，进而可引发土壤中汞的活化和大量释放，对生态系统产生潜在的风险。本文综述了多年冻土区土壤总汞的浓度和储量、空间分布和影响因素，阐释了多年冻土不同退化过程中（活动层增厚和热喀斯特发育）土壤中汞的迁移转化和释放特征及其环境效应。北半球多年冻土区土壤总汞储量为597 Gg（384~750 Gg），植被吸收作用驱动的大气单质汞［Hg（0）］沉降是土壤中汞的重要来源。多年冻土区土壤中总汞含量和空间分布主要受大气汞沉降、有机质含量和沉降后过程（如淋溶作用）的影响。多年冻土退化不仅能够向大气和水生生态系统释放大量的汞，还可增强微生物甲基化作用生成剧毒的甲基汞（MeHg），已经对全球汞循环及区域环境产生了重要影响，且这一影响在持续加强。未来研究中需结合汞同位素等多技术手段，追踪多年冻土融水径流中汞的迁移转化和传输过程；强化热喀斯特对汞释放的影响研究；结合野外原位观测与模型模拟，全面评估多年冻土退化对土壤汞迁移转化的影响及其环境效应。
地处中国西北地区的祁连山是全球气候变化下的敏感地区与生态脆弱区。近年来，在全球气候变暖背景下，祁连山冰川、雪盖加剧消融退缩，严重影响西北地区的生态环境安全。人工增雨是补充自然降水、增加地表径流、增加冰川储量的有效手段，但人工增雨受制于空中云水资源分布特征和云微物理特征影响，只有充分了解祁连山云水资源背景场特征和地形云及其降水规律，才能科学有效指导人工增雨作业。为此，本文对近十年来祁连山云水资源特征和地形云人工增雨的研究现状进行归纳总结，分别介绍了祁连山地形云的宏微观特征、水汽特征以及降水特征，重点包括大气可降水量、云水路径、水汽输送、降水效率等，以及人工增雨探测和效果评估新进展。研究发现，虽然祁连山空中云水资源分布不均，季节差异大，但可利用其变化规律进行人工增雨作业，利用云降水微物理检验、数理统计和生态效果检验等得出祁连山人工增雨具有显著效果。最后，本文指出未来对祁连山云降水的研究方向，以期为祁连山科学开展人工增雨提供参考，保护祁连山脆弱的生态环境。
季节冻土是气候变化的重要指示器，对区域气候变化具有重要的表征作用。本文利用青海省三江源地区20个位于季节冻土区的气象观测站点数据，通过计算最大冻结深度、冻结开始日期、完全融化日期和冻融期4个指标，分析了1961—2019年期间三江源地区季节冻土冻融状态时空变化特征；并通过计算空气冻结、融化指数及其变化趋势，结合地理因子（海拔、经度和纬度）和气候因子（气温、降水和雪深）评估了三江源地区季节冻土最大冻结深度与冻融状态的影响因素。结果表明：三江源地区季节冻土最大冻结深度为64.7~214.1 cm，冻结开始日期为9月初—10月底，完全融化日期为3月下旬—6月底，冻融期为144.7~288.4 d；1961—2019年期间三江源地区季节冻土最大冻结深度呈显著减小趋势［2.5 cm·（10a）-1］，冻结开始日期显著推迟［2.9 d·（10a）-1］，完全融化日期显著提前［2.6 d·（10a）-1］，冻融期显著缩短［5.5 d·（10a）-1］；三江源地区季节冻土冻融状态变化主要受温度变化的影响，表现为冷季温度的变化影响了完全融化日期，进而对冻融期和最大冻结深度产生影响，而地理因子和降水影响较小，雪深在该地区的影响基本可以忽略。
大气温室气体（GHGs）浓度的持续增加是气候变暖的重要驱动因素。河流系统是陆地、大气和海洋之间生物地球化学循环的重要纽带，河流GHGs释放被认为是全球GHGs的一个重要来源，亦是影响全球碳中和目标实现的不可忽视的因素。本文基于2010—2020年发表的全球河流二氧化碳（CO2）释放的研究结果，系统分析了河流CO2浓度与通量的全球和区域水平差异及其影响因素。研究发现，全球河流源头、干流和河口均为大气CO2的源，全球河流CO2总通量可达（2.16±0.38） Pg C·a-1，其中源头>干流>河口，源头、干流和河口释放通量分别为（0.69±0.12） mol·m-2·d-1、（0.42±0.07） mol·m-2·d-1和（0.17±0.03） mol·m-2·d-1，释放总通量分别为（0.84±0.15） Pg C·a-1、（0.56±0.10） Pg C·a-1和（0.76±0.13） Pg C·a-1。自然河流的干流和源头CO2释放大于人为影响河流，而人为影响河流的河口CO2释放大于自然河流的河口释放。同时发现，CO2释放通量季风区>非季风区，热带>温带>寒带；河流CO2的释放随着河流级别的升高在1~6级呈减小趋势，而在河流6~8级呈增加趋势。河流CO2释放显著影响区域的碳循环，然而，目前对河流源头和干流CO2释放的对比以及人为影响对河流释放通量的影响尚不明确，亟需定量且系统全面地研究，以期进一步揭示河流CO2释放机制及其气候环境影响的定量评估。
石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体，广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区，是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动，其活动性在全球变暖背景下逐渐增强，成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外，石冰川内部含有大量冰体，是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展，将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型，并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进，以及岩屑与冰的补给等过程组成，其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构，以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下，冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层，可以保护下伏冰体减缓融化，延缓和降低石冰川对气候变化的响应，成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13 511条石冰川纳入编目，总面积超过945.51 km2，但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模型研究。
青藏高原是气候变化的敏感区，其积雪在区域水文循环和气候系统中具有重要作用。本文利用1980—2020年逐日无云积雪覆盖遥感数据，分析了该地区近40年的积雪面积、积雪覆盖日数的分布特征和变化趋势。结果表明：青藏高原地区积雪分布具有明显的空间分异和垂直地带性分布特征，阿姆河流域、印度河流域、塔里木盆地、恒河流域、怒江流域和雅鲁藏布江流域的高海拔山区是积雪广泛分布的地区。在水文年内，高原地区积雪覆盖率呈单峰变化，8月上旬积雪面积最小，1月中下旬达到最大，分别占高原总面积的5.2%和38.6%；40年间，高原地区平均积雪面积以3.9×104 km2·（10a）-1的趋势显著减少（P<0.05）；积雪覆盖日数以0.47 d·a-1的趋势显著减少，高原71.4%的区域积雪覆盖日数呈减少趋势，呈显著减少的区域约占55.3%；17.1%的区域积雪覆盖日数呈显著增加趋势，且主要分布在5 200 m以上的高海拔山区，在海拔5 200~5 900 m之间的区域，积雪覆盖日数的增加率随海拔升高而增加。
在气候变暖背景下，土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导，并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换，对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度（土壤0 cm处）数据，利用统计分析与数值模拟方法，综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响，同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明，2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季（10月—次年3月）平均雪深为5.9 cm，平均气温为-4.6 ℃，平均地表温度为-1.3 ℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4 ℃，平均地表温度为2.4 ℃。地气温差受积雪深度的控制，积雪每增加1 cm，地气温差增加0.26 ℃。拟合结果显示，气温每增加1 ℃，当积雪深度为 5 cm时，地表温度增加0.57 ℃；当积雪深度为30 cm时，地表温度增加0.20 ℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积雪年（2008年7月1日—2009年6月30日）的模拟试验，结果表明，当积雪密度从200 kg?m-3增加至400 kg?m-3时，积雪下方平均地表温度升高2.2 ℃；在保持2008年模拟时段积雪深度相同的情况下，降雪提前、降雪推迟、控制组三种情景的模拟结果显示，阿勒泰站2008年积雪期的平均地表温度分别为-2.7 ℃、-5.5 ℃、-3.6 ℃，表明降雪发生的时间越早，地表温度越高。
格陵兰冰盖的表面融化通过物质平衡影响全球海平面上升，同时也是气候变化的灵敏指示器。本文基于增强分辨率的被动微波日亮温数据，使用自动气象站的气温记录，评估了进行冰盖表面融化探测的改进的亮温日较差（Advanced Diurnal Amplitude Variations，ADAV）方法和另外4种常用方法（M+30 K、ALA、MEMLS1和MEMLS2）的探测效果，通过总体精度和Kappa系数证实了ADAV方法探测冰盖表面融化的可行性与可靠性。在此基础上，基于ADAV方法进一步分析格陵兰冰盖表面融化的时空变化特征，发现1996—2021年格陵兰冰盖所有区域都发生过表面融化，融化最剧烈的区域分布于冰盖边缘，南部较北部融化范围更大、融化天数更多。极端融化事件导致冰盖融化范围波动较大，而融化指数呈现增长趋势，增长速率为5.24×105 d·km2·a-1。且表面融化具有向内陆高海拔地区扩张的趋势，融化天数为11~30 d、31~50 d、51~70 d的区域，26年间的平均高程都发生了显著的增长，增长速率分别为13.06 m·a-1、9.30 m·a-1和11.20 m·a-1。格陵兰冰盖的表面融化与格陵兰阻塞显著相关，2012年和2019年异常的融化指数指示着异常的格陵兰高压阻塞情况。表面气温上升在冰盖南穹对表面融化起到促进作用。
特纳冰川是阿拉斯加地区的短周期跃动型冰川。针对该冰川的研究多基于光学遥感图像进行，未能获得详细的运动速度和表面高程变化信息，其跃动过程及控制机制仍需深入研究。本文使用Sentinel-1A、TerraSAR-X/TanDEM-X、ICESat-2、Landsat等多源遥感数据，获取特纳冰川2019—2021年跃动期间表面流速、表面高程以及冰川末端位置变化。结果表明：特纳冰川自2018年12月—2019年7月发生微跃动，于2020年2月进入快速运动期，表面流速大幅增加，期间峰值流速达（18.85±0.05） m·d-1；2021年8月，冰川流速急剧下降后趋于平静。跃动期间，冰川积蓄区物质向下迁移，最大减薄约（105.18±4.18） m；下游接收区隆起，最大增厚约（60.25±4.18） m，末端向前推进（222±30） m。较高的峰值流速、较短的活跃期以及季节性流速变化证明特纳冰川可能受冰下水文机制控制。结合现有数据及文献，特纳冰川距上次跃动时间间隔约为6年。北流线距末端约27 km的类凹槽底部地形结构以及冰瀑布（
在极地放大效应的影响下，北极气温以较全球平均更快的速度变暖，从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分，是气候变化的敏感指示器，同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程，使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景（SSP126、SSP245、SSP370和SSP585）的1850—2100年近地表日气温数据，建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度，并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点；在东西方向上，1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点，但未来100年在东西方向上无显著差异（P<0.05）。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中，1850—2014年下降速率为（-0.72±0.25） cm·（10a）-1（P<0.05）；随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强，2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大，在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为（-1.39±0.76） cm·（10a）-1、（-3.10±0.73） cm·（10a）-1、（-6.09±0.79） cm·（10a）-1和（-7.45±0.63） cm·（10a）-1（显著性均达到了P<0.05）。1850—2100年最大河冰厚度的下降速率在空间上呈现出自东南向西北加快的趋势。
已有研究表明阿尼玛卿山地区有4条跃动冰川，其中西坡晓玛沟冰川的跃动已经造成4次冰川垮塌灾害。基于1977年以来Landsat和2015年以来Sentinel-2等卫星影像，以冰川末端和表面典型地物变化为主要参考，研究了阿尼玛卿山地区跃动冰川的分布和跃动事件发生、持续时间以及跃动周期等基本特征。结果显示，阿尼玛卿山地区有多达11条跃动冰川（包括分支冰川），条数和面积分别占2022年该地区冰川总条数和总面积的约10%和约66%。1986年以来，阿尼玛卿山地区已经发生了17次冰川跃动事件，其中曲什安22号和切木曲23号冰川的跃动目前仍在进行中。西坡晓玛沟冰川2000年以来的频繁跃动已造成5次不同规模的冰川垮塌灾害事件，其中2021年的跃动和垮塌事件此前未被报道。此外，尚有7条冰川在1986年以来某些时段有微弱前进现象，疑似也发生了一定程度的跃动，条数和面积分别占2022年阿尼玛卿山地区冰川总条数和总面积的约6%和约13%。研究结果还显示，阿尼玛卿山冰川的跃动表现为以慢速跃动为主的特征，并且多具有50年以上的跃动周期。在1990年以来的气候变暖背景下，维格勒当雄冰川和哈龙冰川的跃动特征发生了较明显的改变，表现为跃动幅度变小、跃动速度降低。同时，多条冰川积累区陡峭后壁产生大范围冰崩，冰川不稳定性增加。气候变暖还可能已导致玛卿岗日冰帽稳定性的降低，对晓玛沟和维格勒当雄等外溢冰川的跃动和垮塌产生一定影响。
基于全球开放冰川模型（OGGM），结合第六次气候模式比较计划（CMIP6），在5种气候模式（BCC-CSM2-MR、CESM2、CESM2-WACCM、FGOALS-f3-L、NorESM2-MM）模拟的3种气候情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5）下，系统分析了萨吾尔山冰川2020—2100年间面积和储量的变化。结果显示，3种气候情景下，萨吾尔山冰川面积和储量都呈现退缩趋势，其中SSP5-8.5气候情景下的冰川面积和储量损失最大，对应面积和储量变化为-0.154 km2·a-1和-5.11×106 m3·a-1，其次是SSP2-4.5，对应面积和储量变化为-0.150 km2·a-1和-5.05×106 m3·a-1，SSP1-2.6气候情景下面积和储量损失最小，面积和储量变化为-0.139 km2·a-1和-4.93×106 m3·a-1。萨吾尔山中国境内冰川面积和储量变化要大于哈萨克斯坦境内，其中冰川面积变化基本符合从相对平稳到快速变化，最后再放缓的过程，但是储量变化相对平缓。2020—2050年间，萨吾尔山冰川主要以冰川减薄为主；2050—2100年间，该地区冰川主要以冰川面积退缩为主。截至2060年，萨吾尔山47.8%的冰川将会退缩，该比例在2080年将上升至78.2%。
冻融指数是气候变化的一个重要敏感指示器，被广泛应用于冻土变化研究中。研究全球范围内冻融指数的空间分布特征与时间变化趋势，可为全球冻土环境评估、工程建设以及应对气候变化提供依据。本文基于1973—2021年覆盖全球陆地且超过14 000个站点的逐日气温观测数据，计算大气冻融指数并分析其时空变化特征，探讨其与地理因子的关系。研究结果表明：近49年全球平均冻结指数为610.8 ℃·d，最大值为19 653.3 ℃·d，北半球（667.9 ℃·d）大于南半球（152.4 ℃·d）；全球平均融化指数为4 709.6 ℃·d，最大值为11 217.0 ℃·d，北半球（4 444.5 ℃·d）小于南半球（6 927.3 ℃·d）。空间上，近赤道等低纬地区的站点冻结指数基本为0 ℃·d，融化指数为0 ℃·d的站点仅出现在南极洲和格陵兰岛。冻融指数受纬度和海拔的双重影响，且具有明显的气候带分布特征。全球站点的冻结指数以平均6.4 ℃·d·a-1的速率下降，而融化指数以平均14.0 ℃·d·a-1的速率呈上升趋势；但在21世纪初冻融指数变化均趋于平缓。在1973—2021年间，全球范围内冻结指数平均减少了36%（净变化为-160.2 ℃·d），冷温带气候带下的高纬地区平均减少了68%；全球融化指数平均增加了11%（净变化为437.5 ℃·d），而冷温带气候带下的高纬地区平均增加了16%。冻融指数的长时间变化趋势反映了全球正在不同程度地变暖，高纬高海拔地区尤为强烈，且冷季增温趋势比暖季更大。
青藏高原和环北极地区的共同特征之一是大面积冻土的存在，冻土的过去变化及未来预估对于三极联动研究具有重要意义，同时也是全球气候变化研究中备受关注的热点问题之一。基于已发表文章和评估报告，本文系统地梳理了青藏高原和环北极地区多年冻土面积、年平均地温（MAGT）、活动层厚度（ALT）、近地表冻融状态和冻深五个方面的研究结果。研究表明：基于不同方法，总体上，多年冻土面积减少、MAGT增温、ALT增大、冻结天数减少、冻深减薄，但不同方法模拟结果存在一定的差异性。在未来的研究中，可加强冻土监测，深化冻土物理过程认识、冻土与气候及环境之间的相互作用机制、模型中考虑冻土横向热流的影响，进而为未来更高精度冻土模拟预估提供数据、方法支撑。本研究中的总结可为未来冻土变化研究提供一定的思路，为寒区工程建设提供参考，进一步认识冻土环境变化可能带来的灾害等，强调冻土环境保护。
热融湖塘作为多年冻土退化产生的分布最广的热喀斯特景观，是大气中甲烷（CH4）的重要来源。热融湖塘的形成和演化及其对全球大气CH4循环的影响是气候变化研究领域的重要问题之一。本文综合阐述了北半球多年冻土区热融湖塘的演化、分布及变化特征，揭示了热融湖塘CH4的产生、氧化、排放过程及其影响因素。研究表明，环北极地区热融湖塘总面积约为1.4×106 km2，虽然部分地区可能导致湖塘扩张或形成新的湖塘，但整体上湖塘覆盖面积呈减少趋势；青藏高原热融湖塘总面积约为2.83×103 km2，表现为中部地区湖塘数量和面积显著增加，黄河源地区呈减少趋势。受有机质稳定性和微生物群落差异的影响，热融湖塘表层富含有机质的淤泥层及融化的深层冻土层CH4产生潜力较大，但CH4氧化过程极大地限制了湖塘CH4的排放。目前，环北极地区热融湖塘CH4排放量为1.9~6.3 Tg CH4·a-1，但仍存在较大的不确定性。未来研究应进一步加强遥感技术，提高热融湖塘的识别精度，尤其关注热融湖塘的排水情况，为湖塘的发展预测及多年冻土碳反馈评估提供支撑。此外，还需在典型区域、监测空白或稀疏地区开展长期连续的野外监测工作，深入探究热融湖塘CH4产生和氧化的影响机制。最后，未来应将底物有效性（微生物可以直接分解利用的有机质的量）、微生物特性、水热变化及植被等影响甲烷产生和排放过程的因素纳入地球化学模型中，以更好地预测和评估热融湖塘碳排放对全球气候变暖的贡献。
气候变暖导致多年冻土退化，加快热融湖塘的形成和扩张，进而增加多年冻土区的碳释放。热融湖塘沉积物理化特征与甲烷产量有着重要关系，而这一关系的明确有助于揭示青藏高原热融湖塘甲烷释放对气候变化的响应。本研究选择青藏高原中东部8个热融湖塘为研究对象，通过室内培养实验探究不同温度（5 ℃、10 ℃和15 ℃）下两种主要植被类型区热融湖塘甲烷产量及其与沉积物理化性质的关系。结果表明：培养周期内（50天），甲烷产量最大值出现在10 ℃培养条件下高寒沼泽草甸区的MD-3样品，产量高达167.63 μg·g-1沉积物；最小值出现在15 ℃培养下高寒沼泽草甸区的AD-2样品，产量为0.01 μg·g-1沉积物。从理化性质与甲烷产量的关系来看，热融湖塘深度和氨氮含量都与甲烷产量显著正相关（P<0.05），而pH值（7.08~8.40）与甲烷产量显著负相关（P<0.05），如玛多地区氨氮高、pH低，其热融湖塘沉积物的甲烷产量远大于安多地区。另外，温度敏感性指数Q10值的分析结果表明，温度升高对61.11%的甲烷产量有促进作用，对18.06%的甲烷产量有抑制影响，说明温度是影响热融湖塘沉积物甲烷产量的重要因素。本研究分析了不同培养温度下两种主要植被类型区热融湖塘沉积物的甲烷产量差异及其影响因素，为认识热融湖塘温室气体的排放潜力及模拟提供了科学数据。
活动层作为多年冻土区水热物理和力学动态最活跃的近地表层，是供给高寒植物生长所需水分和营养物质的关键区，是多年冻土与大气圈、土壤圈进行能水和物质交换的主要通道，也是微生物活动最频繁和生物地球化学循环最关键的冷生土壤层。近几十年来，在气候变暖和人类活动增强影响下，多年冻土区活动层厚度（ALT）普遍增加，对寒区环境与冻土工程产生了不利影响。本文对影响天然状态下ALT空间分异的宏观地质地理和微观局地因子、ALT的野外测量和模拟计算方法、ALT对气候变化的响应特征进行了回顾，并探讨了ALT变化对高寒生态环境的影响。研究表明：太阳辐射及其重分布和下垫面的复合作用是ALT空间分异的主因，在其他因素和条件一致时，高程多年冻土下界和纬度多年冻土南界附近的ALT较厚；近三十年来ALT积极响应气候变暖，随气温升高而增加，但区域差异明显，中纬高海拔和山地多年冻土区ALT大部分呈显著增加趋势，而高纬富含冰多年冻土区ALT因地下冰融化下沉，一定程度上抵消了因气候变暖而增加的部分。本文还展望了ALT未来研究方向，认为应聚焦ALT精准模拟制图、ALT变化的自适应机制、ALT变化对生物地球化学循环的影响和ALT变化对水文水资源的影响等四个方面。
铅是一种对人类危害极大的有毒重金属元素，示踪铅的来源是控制铅污染的前提。由于铅同位素在自然过程中难以发生明显的分馏而保留了污染源区的特点，成为追踪铅污染源强有力的“指纹”工具。雪冰作为冰冻圈重要的环境介质，因具有保存大气铅的特征，对雪冰的研究可以重建区域和全球的大气污染变化，探讨过去铅排放的活动历史。本文系统地总结了三极地区（南极、北极、青藏高原及周边地区）雪冰中铅浓度与铅同位素记录、空间分布以及使用铅同位素对雪冰铅源进行识别与解析的相关研究。结果表明：三极地区雪冰铅浓度呈现第三极>北极>南极的空间分布特征，其中第三极北部地区雪冰中铅浓度整体较南部偏高且拥有更低的206Pb/207Pb比值。冰芯环境记录表明，铅污染显著发生在古罗马和中世纪时期、工业革命时期（采矿、冶炼、燃煤）和20世纪下半叶（含铅汽油使用前后），三极地区雪冰中铅浓度峰值主要出现在20世纪70年代左右。铅同位素示踪显示矿物粉尘是三极地区雪冰中铅的主要自然来源，其中南极不同地点雪冰还受到火山活动不同程度的影响。南极雪冰中的铅污染主要来源于澳大利亚和南美洲国家，北极雪冰中的铅污染主要来源于北美和欧亚大陆，第三极不同冰川雪冰中的铅来源存在差异。
土冻结过程中的水分迁移、积聚是冻害形成的关键环节，至今仍是冻土物理学研究的前沿和重要课题。二十世纪七八十年代冻土水分迁移研究黄金时代以后，长期未有经典理论和科学认知的重大突破，冻土水分迁移中涉及的许多机理性问题和关键瓶颈难题至今仍不能准确回答，尚存在很多争议和认识上的不足，现有研究成果在实际工程中的应用并不令人完全满意。因其性质的易变性、微观性和突变性，冻结相变区（冻结缘）仍是冻土水热输运研究中的一个“黑箱”。研究评述了冻土水分迁移驱动力与迁移过程相关研究的发展历程、主要研究进展与现状；分析了孔隙水压力、土水势驱动冻土水分迁移的物理原理和基本规律，综述了孔隙水压力、土水势的理论表征与试验测试等方面的最新进展、认知现状与主要科学问题；分析了三种流行的冻土水分迁移理论，即毛细水迁移理论、薄膜水迁移理论和水汽迁移理论；总结了制约冻土水分迁移科学认知突破的关键瓶颈难题，展望了未来研究的重点和方向。认为未来的研究应加强仪器设备的改进、研发与新技术引入，重点关注冻土水分迁移驱动力的物理本质和精准监测，强化冻土水分迁移的微观过程及机制认识，需从非平衡态热力学的视角关注热质输运与冰-水相变过程，注重工程化冻土多物理场模型的开发与自主开源计算平台的构建。本文旨在系统梳理冻土水分迁移机理的研究历史与现状，总结概述冻土水分迁移研究在新思想、新理论、新方法和新技术等方面的最新研究动态，凝练指出亟待解决的前沿科学问题和未来研究的重点，促进冻土热质输运基础理论的发展与完善，更好地服务于寒区工程冻融灾害和环境问题的解决。
冰的热学参数是合理模拟冰物候、分布、厚度的关键，但它们一直属于冰研究领域的“弱势群体”。冰的热学性质参数的精确获取看似技术简单，但实际影响因子众多，研究过程要求苛刻。20世纪80年代探究现场和实验室冰热传导系数后，国内一直未再大力推进。21世纪引入数学方法后，利用现场原位测试的冰层垂直温度剖面时间序列数据进行反演辨识和分析，获得了不同天然冰的现场原位热扩散系数；部分冰样进行的实验室热传导系数测量，与反演辨识结果相互验证。结果发现，天然淡水冰和海冰都因冰晶间未冻水内含有杂质，表现出与目前数值模拟计算选用的纯冰热扩散系数的差异，但与少量实验室不同类型盐水冻结冰的测试结果趋势一致。本文依据典型淡水冰和海冰的反演辨识热扩散系数成果，回顾它们的现场环境、主要特点；分析制约这些热扩散系数的原因；说明在全球变暖趋势下，刻画冰相变区内的热扩散系数参数化的重要价值；并设计了天然冰热扩散系数物理机理和参数化方案的未来研究思路。
为了连续观测天然冰侧向融化的物理过程，利用冬季现场采集的天然冰样，在低温实验室内模拟了无辐射、静水的纯热力学试验条件，开展了不同尺寸、不同水温条件下的天然冰样融化试验。根据试验结果，分析了冰样侧向边界形状变化的过程和影响侧向融化速率的因素。结果表明，融化过程中冰样局部内凹，冰厚变薄，且越靠近底层侧向融化量越多。冰厚和直径越大，融化速率越小，因为冰厚和直径的增大使得冰样需要吸收更多由水体传输的热量，导致水温下降从而减缓了冰的融化；冰密度越小，融化速率越大，原因是水体渗入冰内非封闭孔隙或卤水通道加快了冰的融化。对冰样侧向融解潜热通量与冰-水侧向接触面积和孔隙率关系进行拟合，曲面体现出冰样与水的侧向接触面积越小、孔隙率越大时融化速率越大的特点。冰样形状特征的改变也会使其对热力作用的响应发生变化，四种不同冰样形状的融化试验结果显示，侧向融化速率从大到小依次为直角三角形、圆形、梯形和方形。
冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位，冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前，在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变速率、4种晶粒尺寸、3种升温速率下单晶冰与多晶冰的单轴拉伸与压缩试验，研究了不同影响因素下冰晶体力学性质及内部的微观结构变化，揭示了分子尺度上未冻水在冰晶体变形过程中的产生过程与变化规律，以及未冻水比例对冰晶体力学性质影响的内在机理。模拟结果显示，单晶冰力学性质与未冻水比例间的关系不显著，与冰晶体六元环结构的破损程度直接相关。此外，力学性质受温度、应变量、应变速率等多因素影响，且在拉伸和压缩过程中单晶冰均表现出明显脆性破坏，其强度随温度降低和应变速率加快而增强。相比之下，多晶冰力学性质与未冻水比例变化密切相关，且未冻水比例主要受温度、晶粒大小及其界面状态控制。而且，多晶冰对温度和应变速率更敏感，说明晶界处的结构变化对其力学性能起重要作用。与弹性变形不同，晶界滑移、晶粒旋转、非晶化和再结晶等过程主导多晶冰的塑性变形。
利用Climatic Research Unit （CRU）资料，系统评估了第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6， CMIP6）17个全球气候模式及其集合平均对历史时期（1985—2014年）北半球及多年冻土区年降水量的模拟能力；分析了不同未来情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）下，北半球及多年冻土区未来年降水量的时空变化。结果表明：CMIP6模式对北半球及多年冻土区年降水的空间分布有较为合理的模拟能力，但相对于观测数据在北半球和多年冻土区分别有11%和42%的高估。未来北半球及多年冻土区的年降水量变化随着辐射强迫水平的升高而加快。在SSP5-8.5情景下增加速率最快，北半球和多年冻土区的年降水增加速率分别为13 mm·（10a）-1、20 mm·（10a）-1，相较于历史时期最后一年（2014年）年降水分别增加了134 mm、178 mm。北半球陆地平均年降水量始终高于多年冻土区，但多年冻土区增加速率要高于北半球。在SSP3-7.0以及SSP5-8.5情景下，多年冻土区年降水量增加速率是北半球的1.5倍以上。
本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM5.4数值模式，研究了春季北极海冰融化面积对东亚降水量的影响及其可能的物理机制。观测和数值模拟结果均显示，与春季海冰融化相关的东亚地区降水量呈现明显增加的趋势，且异常中心位于中国南部-日本地区。500 hPa位势高度场表现为“-+-+”型波列结构，其中乌拉尔山和日本及其附近海洋上空为异常高压脊区，欧洲西部和贝加尔湖地区则为异常高空槽所控制。高融化面积年常伴随着极地西风急流增强，中纬度纬向西风减弱，有利于乌拉尔山地区反气旋性环流异常的维持和增强，进而触发乌拉尔山地区到西北太平洋地区的异常波列，引起贝加尔湖地区位势高度降低，东亚槽加深，受异常偏北气流的影响，南下冷空气活动频繁。日本及其附近的海洋上空位势高度增加，在异常偏东南气流的作用下，将西北太平洋地区的暖湿空气带到东亚地区。中国南部地区出现西风异常，引起东亚副热带急流增强，配合低空辐合高空辐散的大气异常环流，局地对流增强，导致东亚地区春季降水量增加。
积雪是重要的淡水资源，对气候变化、生态系统和人类经济社会发展都具有显著影响。第三极和北极地区是北半球积雪的主要分布区，但两区域积雪时空特征存在较大差异。本研究在评估了五种雪水当量产品（GlobSnow V2.1、GlobSnow V3.0、CanSISE、GLDAS-2.0、GLDAS-2.2）精度的基础上，提出利用最大雪水累积量指标对两区域积雪水资源进行评价。结果表明，1981—2010年第三极和北极地区多年平均最大雪水累积总量分别为（46.07±7.44） km3和（1 255.73±81.35） km3，喜马拉雅山脉、喀喇昆仑山脉和念青唐古拉山脉地区是第三极积雪水资源最丰富的区域，北极积雪水资源大值区则主要分布在俄罗斯远东地区东部、西西伯利亚、加拿大马更些山脉和巴芬岛东部。两区域最大雪水累积量总体均呈现减少趋势，但在年际变化和波动性上存在差异。
获取精确的面降水量是祁连山生态屏障建设以及河西及青海湖水系等水资源估算及合理利用的重要依据，但由于山地地形复杂、高山区监测稀缺等问题，目前相关结果之间差异较大且精度有待证实。为此，在祁连山中、高山区架设了23套T-200BM3、6套TRwS204称重式雨雪量计，两个降水观测误差对比观测场（海拔2 980 m和4 651 m）、1个不同类型雨量筒对比观测场（海拔2 980 m）及其配套观测设施，并结合祁连山及其周边27个国家气象站的中国标准雨量筒和GPM降水数据，估算了祁连山2019年、2020年面降水量。结果表明：各类雨量筒观测误差校正值比实测值平均增加约10%，在高山区降雪观测偏少约30%、总降水量偏少接近20%。世界气象组织推荐的TRwS204雨雪量计可监测“真实”降水量，而T-200BM3在祁连山区无效数据多，且剔除无效数据后其观测值仍偏高约12%。祁连山年降水量总体随海拔升高而增加，但在不同剖面上可能存在微弱的最大降水高度。补充高山区实测数据后，祁连山2019年、2020年降水量分别为565.2 mm和446.3 mm，均比仅利用国家气象站数据增加了约70%。GPM与高山区降水数据融合结果与地面空间插值结果差异较小，可获取祁连山高精度面降水量。祁连山西南高山区缺乏监测以及T-200BM3雨雪量计精度问题仍然是目前祁连山精确面降水量估算中的主要不确定性来源。
冻土是冰冻圈要素的重要组成部分，是气候变化最敏感的区域之一，冻土环境变化引起水热条件差异是引发植被生态系统能量交换、水循环和碳循环的重要因素。水分利用效率（WUE）是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键，反映了植被生态系统对冻土退化的调整和适应策略。本研究基于MODIS的植被总初级生产力（GPP）和蒸散发（ET）产品，估算并分析了2000—2020年祁连山多年冻土与季节冻土区植被GPP/ET/WUE空间变化特征，并结合自适应帕尔默干旱指数（scPDSI），研究了多年冻土区与季节冻土区植被WUE对干旱的响应。结果表明：2000—2020年祁连山地区植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.56 gC·m-2·mm-1，307.79 gC·m-2和443.02 mm，三者空间分布特征均为东南高、西北低；WUE高于0.8 gC·m-2·mm-1的植被主要分布在季节冻土区，WUE低于0.4 gC·m-2·mm-1的植被主要分布在多年冻土区。近20年祁连山地区植被WUE总体呈现缓慢减少趋势，但逐月变化趋势表现为“增加—减少—增加”，11月植被WUE增加趋势最显著，6月减少趋势最显著；研究区WUE变化主要由季节冻土决定。祁连山植被WUE与scPDSI相关性的空间分布特征受季节冻土与多年冻土分布影响，植被WUE与scPDSI的负相关性在6月均为最显著，季节冻土区植被WUE与scPDSI的正相关性在3月最显著，多年冻土区植被WUE与scPDSI的正相关性在11月最显著。多年冻土与季节冻土时空分布的差异性是影响WUE空间异质性特征的直接原因，WUE时空变化的非均质性是植被改变耗水量以及生产力适应生态系统变化的直接体现。
冰冻圈是气候系统中的五大圈层之一，冰冻圈变化对其内部及关联生态系统的影响已成为全球变化关注的热点领域，冰冻圈生态系统的概念也得到了越来越多的应用。本文基于国内外对冰冻圈要素与生物之间相互作用的已有研究成果，对冰冻圈生态系统的组成、各冰冻圈要素与生物之间的关系进行了系统梳理。目前，冰冻圈生态系统的研究热点主要是冰冻圈生境特征和生境变化对生物群落带来的影响。从生物群落是否直接生活在冰冻圈要素内来看，可将生态系统分为以微生物为主的冰冻圈内生生态系统（endophytic ecosystem of cryosphere）和冰冻圈关联生态系统（cryosphere-related ecosystems）。总体来看，目前冰冻圈生态系统的研究主要关注不同物种（例如陆地动植物、陆地淡水生物、海洋生物、海岸动物和鸟类动物等）对冰冻圈变化的响应，未来应重点开展冰冻圈变化对生物群落影响的定量化研究，特别要考虑冰冻圈各要素变化对生物群落影响的时间尺度和空间范围。
作为长江、黄河、澜沧江的发源地，三江源区是我国重要的水源涵养区和生态屏障。在气候变化背景下，三江源区广泛分布的冻土显著退化，对植被变化与生态环境产生深远影响，但近20年植被变化特征及其对气候与冻土变化的响应尚不明晰。基于2001—2020年间三江源区植被、气象与土壤冻融数据集，分析了过去20年间三江源区植被物候变化特征及其对气候因子与土壤冻融要素变化的响应。结果表明：三江源区归一化植被指数（NDVI）整体呈东南高、西北低的空间格局，2001—2020年间三江源区植被整体呈变绿趋势，生长季NDVI以每10年0.017的速率显著增加；植被物候显著变化，生长季延长［6.3 d·（10a）-1］，主要由生长季开始日期（SOS）提前［4.9 d·（10a）-1］贡献。基于统计分析结果，气温和降水是生长季NDVI最重要的主导因素，植被对降水的敏感性在气温相对较高、降水相对较少的暖干区域更强；生长季开始前的降水是SOS最重要的主导因素。土壤冻融变化对植被生长的影响具有空间异质性，在暖干区域，土壤融化时段延长对植被生长起到抑制作用。总体来看，三江源季节冻土区的植被变绿与生长季延长速率高于多年冻土区，但在多年冻土不稳定或退化为季节冻土的区域，冻土退化可以疏干表层土壤进而抑制植被生长。研究成果为理解气候变化下以三江源区为代表的高寒冻土区植被及物候变化提供科学借鉴。
在气候变化背景下，全球积雪厚度、积雪密度和雪水当量发生着一系列变化，并进一步影响陆地生态系统的水热状况、生物地球化学循环过程以及生态系统的结构与功能。本文综述了北半球积雪变化（雪深、积雪覆盖日数）的现状，积雪生态研究方法及其优缺点，积雪与生态系统相互作用，以及积雪变化对主要陆地生态系统类型（草地、灌丛和森林）地下过程（养分周转、土壤动物和微生物、根系生长）的影响及其机制。研究发现：（1）雪深在40~70 cm时对土壤的保温作用最显著；（2）积雪增加通过加速土壤碳氮循环过程引起碳氮损失，尤其显著发生在相对湿润的生境中，相对干旱的生境中变化不显著；（3）在草地生态系统中，土壤有效磷含量对积雪增加的响应程度受生态系统自身干湿条件调控，即湿润的生境有效磷增加，干旱的生境有效磷降低；（4）积雪增加促进了草地生态系统植物表层根系的生长，积雪减少对植物根系生长的影响程度取决于消极影响（根系损伤和死亡）和积极影响（土壤养分有效性增加）之间的动态平衡；（5）相对于草地生态系统和森林生态系统植物根系生长而言，灌丛生态系统植物根系生长对积雪变化的响应更稳定。本文还提出了现有研究中存在的不足和未来发展趋势。
溶解性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）在全球碳循环过程中起着重要的作用。目前关于泛北极多年冻土区DOC的研究较多，青藏高原多年冻土区DOC的研究较少。为探讨青藏高原DOC的时空动态、来源，以及对气候变化和多年冻土退化的响应及其影响因素，以位于青藏高原长江源区内8个流域（直门达、沱沱河、雁石坪、风火山1~5）为研究区，通过对河流DOC观测、采样和分析，DOC输出通量计算，结合河流中
草地生态系统作为自然生态系统的重要组成部分，为畜牧经济发展提供了重要的牧草资源，对调节气候变化和维持生态系统平衡等起着非常重要的作用。草地地上生物量（aboveground biomass， AGB）是草地植被生理状态的重要指标，它的大小体现着草地初级生产力水平，是衡量草地生态系统中能量循环和物质流动的重要指标，在陆地生态系统的碳循环中起着重要的作用。近几十年来，伴随畜牧业经济快速发展和全球气候变暖，草地生态系统的稳定性降低，生态环境发生退化，草地地上生物量和固碳能力势必受到影响。大尺度、动态化、高精度的草地地上生物量监测对草地碳储量核算和畜牧业可持续发展具有重要意义，而遥感技术凭借高时空探测能力恰好为其提供了解决思路。机器学习算法凭借其优越性、高效性、稳健和精确性已被广泛应用于各个研究领域，使用机器学习算法快速、准确、大范围监测草地地上生物量是目前的研究热点。因此，构建准确的草地地上生物量估算模型，精确估算草地地上生物量及分析其空间分布特征能够有效地衡量草地生态系统的稳定性和维持草地生态资源的可持续发展利用，为该区域草地资源的可持续利用和科学管理提供依据，对该地区的生态安全保护和畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究以青海省兴海县草地为研究区，基于野外实测的草地地上生物量数据，结合高空间分辨率的遥感数据、气候数据、地形数据和土壤数据等，利用随机森林（random forest， RF）和极端梯度提升决策树（extreme gradient boosting， XGBoost）方法构建兴海县草地地上生物量估算模型，采用决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error， RMSE）两个精度验证指标评价两种草地地上生物量估算模型的精度，实现草地地上生物量高精度模拟和制图，并分析其空间分布格局特征。结果表明：基于XGBoost模型的草地地上生物量估算精度（R2=0.75，RMSE=44.64）高于RF的模拟精度（R2=0.72，RMSE=46.36），并且XGBoost模型估算的草地地上生物量与实测的草地地上生物量值更接近。基于两种机器学习模型估算的草地地上生物量数据制作空间分布图，其空间特征与实测草地地上生物量的空间分布相似，草地地上生物量高值区位于研究区的东部，西部地区草地地上生物量值最低，但是模型模拟能更好地揭示草地地上生物量分布的空间异质性。在空间分布特征上，XGBoost模型估算的草地地上生物量空间变异细节更加详细，尤其在研究区东部。本研究基于两种机器学习算法实现草地地上生物量的高精度（30 m空间分辨率）估算和数字制图，并分析其空间分布格局，可为草地生态环境监测和草地资源可持续利用提供科学依据，对于维持生态系统平衡和预测未来气候变化对草地生态系统的影响具有十分重要的理论和实践意义。
多年冻土区森林土壤是重要碳库，对于全球CO2、N2O和CH4平衡具有重要意义，冻融循环是多年冻土区的重要特征，但冻融作用对不同林型腐殖土有机质分解和温室气体排放的影响需进一步研究。本研究对兴安落叶松林（针叶林）、白桦林（阔叶林）、兴安落叶松和白桦混交林（针阔混交林）三种林型的腐殖层土壤进行了42天的短期室内培养实验，探索冻融作用对土壤理化性质和温室气体排放的影响。结果表明，冻融导致森林腐殖层土壤溶解性有机碳（DOC）增加，针叶林、阔叶林和针阔混交林分别增加了314.8%、91.4%和43.2%，但冻融后短期内土壤有机碳分解的温度敏感性（Q10）均明显下降，CO2排放量在25 ℃时分别下降24.7%、36.4%和29.5%。同时冻融作用也降低了森林土壤吸收CH4的能力，但没有发现对土壤N2O排放产生明显影响。冻融作用短期内降低了森林土壤温室气体全球增温潜势（GWP），其中对CO2的抑制作用最为明显，阔叶林腐殖层土壤受到冻融作用的影响比其他两种林型更加明显。
石冰川是一种发育在高寒山区的典型冰缘地貌，其发育、分布和运动特征对高山多年冻土的状态和演化具有指示性意义。针对光学遥感影像解译难以定量判定石冰川活动状态的难题，本文联合时序合成孔径雷达干涉测量和光学遥感影像地貌解译进行石冰川探测和识别，在大雪山南段编目了860条石冰川，并统计了其关键地貌和活动参数。结果显示，研究区内石冰川由南向北分布逐渐集中，表明区域北部冰缘环境更有利于石冰川的发育；区域内石冰川发育的海拔范围在3 638~5 107 m之间，74%石冰川朝向西、西北、北、东北方向发育；97%石冰川的年均形变速率小于100 mm?a-1，并且北部区域石冰川的活动性相较于其他区域更强。基于石冰川面积与含冰量之间的经验关系模型，初步估计研究区石冰川储水量为0.963~1.445 km3。本文研究成果可为进一步开展青藏高原东南缘石冰川的时空演化规律、水文和灾害效应提供重要基础数据。
受气候变暖影响，青藏高原的多年冻土正在发生广泛的退化，主要表现为融冻泥流事件的频繁发生，对生态系统和当地基础设施造成深刻影响。融冻泥流的精准识别有助于理解融冻泥流的发生和演变机制。近年来尽管基于深度学习的融冻泥流识别取得了进展，但机器学习算法在该领域的识别能力仍有待探究。本研究基于GF-2卫星遥感数据构建了一种基于集成机器学习的优化面向对象融冻泥流识别算法，引入了纹理和几何等空间信息来辅助识别融冻泥流，并基于面向对象技术改善了识别模型的错分问题。此外，基于集成学习整合不同机器学习模型的优势，以获得不低于常用深度学习模型的识别精度。结果表明，基于递归特征消除（RFE）特征选择算法剔除了多维特征数据集中的冗余特征，证明了纹理和几何信息是融冻泥流识别的有效数据补充。在优化后的面向对象机器学习模型中，随机森林（RF）的识别精度最高，总体精度为87.43%。McNemar检验表明，与单一模型相比，集成机器学习模型显著提高了融冻泥流识别精度，其总体精度为93.14%。对研究区内融冻泥流的地形特征进行统计分析后发现融冻泥流主要发生在海拔3 200~3 500 m之间，坡度介于5°~25°，并且以东北、北和西北为主要的坡向朝向。本研究提出的集成机器学习模型为青藏高原多年冻土区日益频繁的融冻泥流事件提供了有效的识别方法，并可为基于卫星遥感影像的深度学习识别模型制作标签数据。
最大冻结深度是季节冻土的重要指标，预测第三极地区未来最大冻结深度的变化，对于理解该区域的环境变化，指导生态保护、农牧业生产、工程建设等都具有重要意义。本研究利用基准时期（2000s）良好训练的支持向量回归模型，使用集合模拟策略，预测了2050s和2090s第三极地区在4种SSP情景下最大冻结深度的变化。结果表明，在可持续路径（SSP126）、中间路径（SSP245）、区域竞争路径（SSP370）和化石燃料为主发展路径（SSP585）情景下，不包括多年冻土退化为季节冻土的区域，相对于基准期，季节冻土的最大冻结深度到21世纪末将分别减小10.41 cm（11.69%）、24.00 cm（26.95%）、37.71 cm（42.34%）和47.71 cm（53.57%）。最大冻结深度的减小具有海拔依赖性，随着海拔的升高，最大冻结深度减小的速率变大，但是海拔超过5 000 m后，最大冻结深度减小速率逐渐减小，这与升温的海拔依赖性较为一致。最大冻结深度的变化也与生物群区有关，在4种SSP情景下，山地草地和灌木区的最大冻结深度减小速率最快，到21世纪末平均每十年分别减小1.80 cm、3.77 cm、5.77 cm和7.24 cm。分流域来看，青海湖流域减小速率最快。模拟预测结果可通过国家青藏高原科学数据中心（DOI：10.11888/Cryos.tpdc.273002）下载使用。该研究结果可为在全球变暖背景下理解第三极季节冻土的未来变化及其生态水文效应提供基础数据与信息。
为细致刻画地表冻融状态及其年循环特征、长时间序列变化趋势及其与陆地生态系统的相互作用，需要进行高分辨率（1 km）的地表冻融状态识别。被动微波的低空间分辨率，无法精细描述地表冻融状态的空间变化；主动微波（合成孔径雷达）能以较高的分辨率识别地表冻融状态，但其低时间分辨率无法准确捕捉春秋季地表冻融转换。融合主被动微波遥感信息，发展高分辨率地表冻融状态识别算法对细致刻画地表冻融状态、生产高分辨率地表冻融遥感产品具有重要意义。本文以青藏高原中部土壤温湿度观测网为研究区，采用随机森林分类算法，以升/降轨Sentinel-1
土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，也是评价区域土壤质量、土地退化程度和作物产量的重要指标。高寒生态系统土壤有机碳含量估算，对于高寒地区土壤碳库核算和土壤质量评价等都具有重要意义。本研究以青藏高原三江源区作为研究区，基于野外采集的272个土壤样本的SOC和土壤光谱室内测试数据，首先对原始光谱数据进行一阶微分（FD）、二阶微分（SD）、倒数对数（RL）、去包络线（CR）和多元散射校正（MSC）等多种数学变换；然后基于8种光谱变换数据与SOC含量的相关性分析提取特征波段，利用多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机（SVM）和随机森林（RF）4种方法，分别构建SOC含量的高光谱反演模型；对各种模型的模拟精度和稳定性进行评价，明确SOC含量反演的最佳光谱变换和模型组合模式。结果表明：三江源区SOC含量较高，且不同植被类型和不同土壤类型的SOC含量差异较大；总体上，单一数学变换形式中基于一阶微分（FD）变换构建的反演模型的模拟精度最高（尤其是FD-RF组合模型，其验证集R2=0.86，RMSE=8.40，RPD=2.64）；多种数学变换组合相较于单一的数学变换，其模拟精度得到进一步提高（如CRFD-RF组合，R2=0.87，RMSE=8.03，RPD=2.76）；4种模拟模型中，随机森林总体模拟精度最高，并且CRFD-RF组合模型的模拟精度最高，MSCFD-RF次之。本研究可为利用高光谱遥感进行高寒地区土壤有机碳含量反演和动态监测提供理论依据。
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