近年来，西昆仑山冰川物质平衡异常现象受到广泛关注，然而该地区冰川末端却同时存在前进（常态）、后退、稳定及跃动多种状态。冰川末端进退不仅与气候变化引起的物质平衡变化有关，还与冰川的运动速度变化密切相关。以往研究多集中在前者，而对后者研究较少。因此，本文基于ITS_LIVE v01速度产品，结合西昆仑山冰川表面高程变化及冰川厚度资料，分析西昆仑山地区具有不同变化状态的冰川在2000—2018年的表面运动速度变化特征。结果表明，西昆仑山冰川在研究时段内的多年平均运动速度为6.35 m·a-1，年均速度波动上升，这主要是由该区域冰川表面高程整体上呈增加趋势［（0.15±0.02） m·a-1］即冰川物质增加所造成；末端前进冰川的多年平均运动速度为4.07 m·a-1，年平均运动速度在研究时段内呈增加趋势，这主要与该类冰川在研究时段内物质略微增加有关；末端后退冰川多年平均速度约为4.86 m·a-1，年平均运动速度在研究时段内呈减小趋势，这主要与该类冰川物质亏损、减薄有关；末端稳定冰川多年平均速度约为3.04 m·a-1，年平均运动速度在研究时段内保持稳定，该类冰川在研究时段物质平衡也基本处于零平衡状态。研究区内末端前进冰川的多年平均运动速度较末端后退冰川的偏小，主要是因为末端前进冰川的平均厚度较末端后退冰川的偏小。2000—2018年西昆仑山有7条冰川发生跃动，多年平均运动速度为13.21 m·a-1，物质积累［（0.35±0.02） m·a-1］引起速度增加。长度规模较大的后退冰川在2000年之前发生过跃动，由于目前处于平静期，冰川上部积累的物质未能及时输送到下部导致冰舌厚度减薄并后退。
小冰川对气候变化非常敏感，监测与定量评估此类冰川变化有助于理解冰川对气候变化的响应幅度与机制。本研究结合多源遥感数据（卫星遥感与无人机航测），分析了近50年来青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川面积变化趋势，定量评估了该冰川近期的冰面高程变化幅度与空间分布。结果表明，1968—2021年廓琼岗日小型冰斗冰川的面积从（1.444±0.013） km2缩减至（0.712±0.001） km2，萎缩幅度达到50.7%，冰川末端退缩平均速率约为（6.23±0.71） m⋅a-1。基于2020—2021年高精度无人机航测数据发现，廓琼岗日1号冰川冰面平均高程差达到（-2.41±0.69） m，冰川末端高程变化大于3 m，中部的冰面高程下降幅度在1.5~3 m之间。研究还发现冰川表面河道对冰面高程空间变化起着重要作用，该冰川表面共发育有13条表面河道，2020—2021年河道向西北方向偏移约2 m。冰面河道的向下侵蚀与侧向消融导致末端冰面高程变化呈现显著的空间差异。
痕量元素在山地冰川中的时空格局可以作为评价人类活动对大气环境影响的良好指标。为了研究祁连山雪冰中痕量元素的空间分布及其主要来源，2020年9月在祁连山的7条冰川，包括阿尔金山冰川、扎子沟冰川、老虎沟冰川、七一冰川、四号冰川、八一冰川和宁缠河3号冰川中采集表层雪样进行酸化处理，使用电感耦合等离子体质谱仪（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）测定了大量元素Al、Fe与痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd的浓度，并选用Jonckheere-Terpstra非参数检验来对比痕量元素平均浓度，数据结果表明祁连山西部扎子沟冰川和老虎沟冰川的痕量元素浓度较高，祁连山东部宁缠河3号冰川痕量元素浓度较低，痕量元素浓度总体空间分布趋势为西段>中段>东段。痕量元素总浓度的富集因子（Enrichment Factors，EF）表明，Co、Cr、Cu、Tl、Fe、Li、Mn、Mo、Sr元素主要受自然粉尘输入影响（EF<10），Pb、Cd、Zn元素受人为源影响较大（EF>10）。然后对痕量元素浓度数据进行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA），发现7条冰川的第1主成分中总浓度上有较高正载荷的元素主要来源于自然粉尘源，特别是新疆地区的粉尘，第2主成分则代表不同程度的人为源影响。最后结合后向轨迹的聚类分析表明，研究区主要受西风环流控制，痕量元素自然输入源主要来自新疆中部和北部的沙漠和盆地等，而人为源则包括河西走廊部分城市人类活动、交通运输排放、矿物开采和金属冶炼等。本研究为祁连山脉各分段地区冰川人类活动对环境的影响作用提供了数据支持，为祁连山地区的生态文明建设和社会经济的可持续发展提供了重要的科技支撑。
全球气候变暖背景下，青藏高原的石冰川活动性增强，产生灾变的趋势上升。采用遥感影像分析、现场调查及气象和径流监测等方法，获取了藏东南地区乌连沟石冰川的特征数据，分析其灾变形成泥石流的诱发因素及过程。结果显示，乌连沟石冰川2010—2017年平均运动速度为1~3 m·a-1，且前缘整体运动速度显著高于中后部。石冰川前缘向前运动进而失稳，可持续为沟道输送松散物源，2013年及2014年约有5 600~9 000 m3石冰川输送的松散物质被启动。形成泥石流除需要充沛的物源外，还需要足够的水源启动。区内降雨量有限，乌连沟最大径流出现在5—6月，主要由高温引发冰雪消融贡献。分析2013年及2014年两次泥石流事件发现，其主要诱发因素是高温，灾变机制为气温快速升高导致表层冰雪快速消融，融水在石冰川表面凹陷处积聚形成湖塘，湖水泄流启动了石冰川前缘积累的松散物质形成泥石流。未来随着气候变暖加剧，石冰川的活动性进一步增强，在急剧升温或强降雨影响下，形成泥石流的规模及频率可能会增加，需防范石冰川灾变形成泥石流的致灾风险。
高海拔多年冻土区坡向差异可引起两坡面的温度场不对称，进而造成基础设施的不均匀沉陷和纵向裂缝。目前坡向效应的研究主要围绕青藏铁路东-西两个坡面而开展的监测与模拟研究，但高原线性工程走向可能涉及不同的方向，其他走向坡面的水热差异状态研究不足。本研究在青藏高原花石峡冻土观测基地建设了一个具有八个坡向的监测实体（称：八棱台），在八个坡面和顶面近地表安装土壤温度、含水量传感器，监测研究坡向差异对坡面近地表水热状态的影响。结果表明：东-西相对坡面近地表温度差异最小，月平均温差为0.1~2.3 ℃，最大温差出现在5月；而南-北相对坡面近地表温度差异最大，月平均温差为1.3~7.7 ℃，最大温差出现在2月。其余两个相对坡面近地表温差介于东-西相对坡面和南-北相对坡面之间，其中东北-西南相对坡面温差小于西北-东南相对坡面。仅从近地表坡面温度差异来看，高海拔多年冻土区线性工程南-北走向热稳定性较好，其次是西北-东南向，坡向效应不显著而温度场对称性较好。同样八个坡面近地表土壤体积含水量总体差异为东北-西南相对坡面差异最小，融化期月平均体积含水量差最大为0.06 m3·m-3；东-西相对坡面差最大，同期月平均体积含水量差最大为0.11 m3·m-3。含水量差异也引起了不同坡面冻融循环次数的显著差异，对坡面块碎石护坡材料冻融损伤破坏有重要影响。研究结果对指导未来高原线性工程规划及现役工程阴阳坡差异病害治理具有重要指导意义。
本文通过采集长江源区土壤样品，对不同深度土壤水分稳定同位素变化特征及其空间分布特征进行分析，使用端元混合径流分割模型对土壤水的来源进行计算，结果表明：土壤温度在0~100 cm范围内呈下降趋势，土壤含水率在0~80 cm范围内呈下降趋势，80~100 cm范围内呈上升趋势；土壤水的δ2H和δ18O值在0~100 cm深度范围内波动变化，且变化趋势相似，土壤水的δ18O及δ2H值变化范围分别为-151.273‰~-63.605‰和-21.052‰~-8.676‰。土壤水的δ2H和δ18O在空间上总体呈西部富集，而东南部贫化的特点；蒸发线（EL）为δ2H=7.23δ18O-5.27 （R2=0.88）；土壤水稳定同位素受到海拔梯度和土壤含水率的影响；降水对土壤水的贡献高于地下冰融水，且随着海拔梯度的增加，降水对土壤水分的贡献率呈现增加趋势，在4 150~4 777 m范围内降水对土壤水的贡献率为70%~94%；地下冰融水在海拔4 150~4 555 m范围内对土壤水的贡献率为8%~30%，在海拔4 613~4 777 m范围内贡献率下降，为6%~8%。本研究为深入了解长江源区土壤水分运动及稳定同位素研究提供了理论依据。
为探究雅鲁藏布江（雅江）上游干、支流沉积物总有机碳（TOC）含量分布特征及其影响因素，研究了雅鲁藏布江上游干、支流沉积物TOC含量对粒度的响应，并基于随机森林分析（RFA）解释了流域内土地利用类型对沉积物TOC含量空间变化趋势的影响。结果表明，雅江上游沉积物TOC含量均值［（6.56±6.37） g·kg-1］低于其他地区大中型河流［范围为5.95~49.06 g·kg-1，均值为（19.77±14.05） g·kg-1］。其中，河源段沉积物TOC含量均值最低［（2.57±0.97） g·kg-1］，所有采样点沉积物TOC含量与黏土含量占比呈极显著正相关（r=0.64，P<0.01）。根据统计结果，包括雅江上游在内，河流沉积物TOC含量与粒径小于63 μm颗粒含量具有极显著指数相关关系（r=0.77，P<0.01）。随机森林分析进一步表明，雅江上游沉积物TOC陆源贡献率中草地贡献率最大（48.12%），且受土地利用方式从以低覆盖度草地、裸土地为主导（上游头段）逐渐过渡到以中、高覆盖度草地和农、牧、一类工业用地（M1类）等为主（上游中、末段）的影响，沉积物TOC含量在空间上表现为随流向逐渐增加的趋势。总体上，人为干扰因素少及河流沉积物以砂质为主体是雅江上游沉积物TOC含量较低的重要原因。本研究深化了对雅鲁藏布江上游沉积物总有机碳含量分布特征及其影响因素的理解，可为进一步探究高原河流碳循环、生态环境保护以及区域可持续发展提供科学依据。
北极地区显著升温导致多年冻土快速退化，进而发育形成大量热融湖塘，是温室气体排放热点。通过对1992—2023年2月北极热融湖塘甲烷（CH4）研究结果的整合梳理，本研究系统揭示了北极地区热融湖塘CH4排放特征、热融湖塘的CH4循环过程以及微生物机制。结果显示：北极地区CH4年平均排放通量约为（7.78±19.60） g CH4·m-2·a-1，不同区域存在显著差异，高排放区出现在东西伯利亚和阿拉斯加地区［（23.40±26.50） g CH4·m-2·a-1；（11.00±26.40） g CH4·m-2·a-1］。冒泡排放是北极热融湖塘CH4排放的主导途径，年排放通量约为（13.80±28.60） g CH4·m-2·a-1，占比可达52.02%。湖塘沉积物类型对热融湖塘CH4排放具有重要影响，叶叨码冻土区的排放为（17.90±32.90） g CH4·m-2·a-1，是非叶叨码冻土区的3.24倍。同时，泥炭地热融湖塘CH4的主要排放途径及变化存在一定的不确定性，其对气温升高的响应可能略不同于其他湖泊，对气候变化具有高度敏感性。热融湖塘扩张与排水的变化趋势以及CH4产生过程与氧化过程对热融湖塘的CH4排放潜力同样具有重要影响。目前，北极地区热融湖塘CH4排放的系观测仍然存在诸多空白，尤其缺乏多种排放途径的联合观测，对CH4微生物过程认识不足。该研究能够进一步加深对北极地区热融湖塘排放特征及具体排放机制的认识，为评估该地区热融湖塘CH4排放潜力及其对气候变化的影响提供科学参考。
积雪是冰冻圈的重要组成部分，其对气候变化的响应存在明显的空间差异。阿尔泰山脉、阿尔卑斯山脉和喀斯喀特山脉分别是亚洲、欧洲和北美洲最重要的山脉之一，三条山脉同处于北半球中高纬度，具有丰富的积雪资源。本文基于MODIS每日积雪产品，获得阿尔泰山脉、阿尔卑斯山脉和喀斯喀特山脉的积雪覆盖率、积雪日数、积雪初日和积雪终日四个积雪参数，对比分析了三条山脉2002—2021年积雪的时空变化，并研究了气候因子对积雪参数的影响。结果表明，三条山脉积雪参数的空间分布差异明显。阿尔泰山脉积雪覆盖率最大，积雪日数最长，积雪初日最早，积雪终日最晚，分别为38.00%、141 d、66 d、207 d；阿尔卑斯山脉的积雪覆盖率、积雪日数、积雪初日、积雪终日分别为21.68%、79 d、97 d、194 d；喀斯喀特山脉的积雪覆盖率最小，积雪日数最短，积雪初日最晚，积雪终日最早，分别为15.18%、56 d、103 d、183 d。就趋势而言，阿尔泰山脉积雪覆盖率增大，更早的积雪和更晚的融雪使积雪日数增加；阿尔卑斯山脉积雪覆盖率减小，更早的融雪使得积雪日数减少；喀斯喀特山脉积雪覆盖率增大，更晚的融雪使得积雪日数增加。各气候因子中，地表温度对三条山脉积雪的影响比降水大。对三条山脉积雪时空变化的一致性对比分析，有助于全面了解北半球中高纬度山区积雪对气候变化响应的时空差异。
冰川反照率影响着冰川表面能量收支状况，其强烈的反馈机制是驱动冰川物质平衡变化的关键因素。本文基于MOD10A1和MYD10A1反照率产品、萨吾尔山冰川物质平衡大地测量法结果、木斯岛冰川实测反照率及物质平衡，开展了2000—2022年萨吾尔山冰川反照率变化及物质平衡估算研究。结果表明，2000—2022年，消融期内萨吾尔山冰川平均反照率下降了约0.035，变化速率约为0.0015 a-1。最小反照率最早出现时间为6月16日，最晚出现时间为9月8日，平均以10 d⋅（10a）-1的速率提前。在95%的置信水平下，木斯岛冰川反照率-物质平衡模型（A-Ms模型，即单条冰川模型）的决定系数R2为0.84。基于冰川编目及现场环境考察，将萨吾尔山冰川划分为冰斗冰川、山谷冰川和悬冰川，对应类型的A-Mr模型（区域冰川模型）的决定系数R2分别为0.81、0.74和0.72。2000—2020年，A-Ms模型重建萨吾尔山冰川物质平衡值为-1.24 m w.e.·a-1，A-Mr模型相应的重建值为-0.90 m w.e.·a-1，A-Mr模型模拟结果更能反映萨吾尔山冰川的物质损失状况。与亚洲高山区各山地冰川相比，萨吾尔山冰川物质损失最大。
基于中国第12次北极科学考察期间获取的船侧倾斜拍摄海冰图像，研究了北极冰面融池大小和形态参数的空间分布及统计特征。应用自动检测算法将图像划分为水、冰、融池三种表面类别，经倾斜校正后计算每种类别的面积分数及单个融池的大小和形态。结果显示，融池的面积分数随纬度升高先增大后减小，较短的融化时间和较早的再冻结导致高纬度地区融池面积分数一直较低。融池的面积、周长和平均钳测直径随纬度升高具有相似变化规律，均为先增大后减小。不同大小融池面积的频率分布与幂律函数相吻合，对应指数均在1.4~1.8范围内，具有一定相似性。融池的分形维数随纬度升高分布较均匀，而周长与面积比值随纬度变化较大。不同纬度融池边缘凸度与圆形的对应值π相差较大，而各纬度融池圆度平均值为2.39±0.23；融池圆度和凸度与其面积成正比，周长与面积比值则与融池面积成反比，表明融池边缘随着融池面积增加而变得更长更曲折。冰面融池变化引起的平均海表反照率空间差异较大，随着纬度升高在0.24~0.67之间变化，变化率为0.10 （° N）-1。本文研究的融池大小和形态参数可为融池演变模拟及遥感反演算法改进提供重要观测依据和地面验证。
在全球气候变暖的背景下，新疆的冰川迅速融化，形成了大量规模较小的冰湖。部分冰湖在短时间内迅速扩大，并可能引发溃决洪水，提高对这些小型冰湖的制图精度对深入了解冰川冰湖灾害机理至关重要。本文基于Sentinel-2影像和DUNet语义分割模型生成2022年新疆冰湖数据集，并结合历史冰湖数据分析了冰湖的空间分布特征。结果表明，大（>10 hm²）、中（>1~10 hm²）、小（≤1 hm²）型冰湖的制图平均误差分别为2.29%、10.02%、27.71%，平均误差均小于已有的三种冰湖产品，其中面积>0.81 hm²的冰湖相对误差为18.36%。2022年新疆>0.06 hm²的冰湖数量为6 854个，总面积为200.36 km²。其中，≤1 hm²的冰湖占总数量的70.32%，>1 hm²的冰湖占总面积的92.49%。阿尔泰山区、天山西部、天山南部是新疆冰湖分布最集中的区域，也是近30年来冰湖数量增加最多的区域；在各区域中，面积≤10 hm²的冰湖数量增加最为显著。本研究可为新疆冰湖灾害预警、冰湖灾害评价提供数据支持和有效依据。
冰川是冰冻圈重要的组成要素，作为我国西部干旱区重要的淡水资源，冰川变化的脆弱性与区域社会经济发展密切相关。本文以中国阿尔泰山为例，基于遥感影像分析了1990—2020年间阿尔泰山冰川变化的特征，构建了阿尔泰山冰川变化脆弱性的评估框架和指标体系，分析得到2000—2020年阿尔泰山冰川变化脆弱性的时空演变格局，并利用障碍度模型深入探析了冰川变化适应能力的影响因素。研究结果表明，在1990—2020年的近30年间，我国阿尔泰山冰川的面积和储量均减小了约20%，且不同县市冰川面积变化率存在较大的差异，青河县冰川面积缩小率最大，达到73%，布尔津县的冰川面积缩小率最小，仅为18%。阿尔泰山冰川变化脆弱性随时间呈先缓慢下降、后加速上升的趋势，区域差异在不断下降。在空间分布上阿尔泰山西北部和东部地区冰川变化脆弱性中等偏高；西南部地区冰川变化脆弱性偏低；中部地区冰川变化脆弱性在全局范围内最低。适应能力的提升能有效降低阿尔泰山地区冰川变化的脆弱性，以2010年为分界点，阿尔泰山冰川变化适应能力在前期依赖于区域经济和水资源状况的提升和改善，在后期适应能力的提升向社会公共收入与投资以及公共服务质量倾斜明显，各县市适应能力提升途径更加多元且均衡。
作为中国三大积雪区之一，青藏高原的积雪变化在气候系统、水文地质以及生态环境方面发挥着关键作用。已有的被动微波积雪深度反演方法存在数据分辨率低、不确定性高等问题，不适用于青藏高原复杂的山区地形。因此，本文基于FY-3B被动微波数据开发了青藏高原降尺度雪深反演模型，利用机器学习算法，将筛选后的亮温差作为参数输入，同时引入了高程、经纬度、植被覆盖度、积雪覆盖度和积雪天数等特征，最终进行了500 m分辨率的青藏高原雪深制图。结果显示，极端梯度提升XGBoost算法的决定系数（R2）和均方根误差（root mean square error，RMSE）分别为0.762和5.732 cm，明显优于支持向量回归和随机森林算法。从积雪天数、积雪覆盖度和植被覆盖度三个方面探讨了模型精度的变化，结果表明，在积雪天数为30~60 d时，模型表现良好，平均相对误差（mean relative error，MRE）最低为36.79%，RMSE为2.78 cm；随着积雪覆盖度的增加，模型的RMSE逐渐增大，在积雪覆盖度为0.25~0.50时，MRE和RMSE分别达到39.97%和3.12 cm；植被覆盖度对模型精度的影响较为复杂，可能与具体的土地覆盖类型相关，在0.25~0.50范围内模型表现出较高的精度，MRE和RMSE分别为32.77%和2.94 cm。
降雪量和积雪深度的关系是降雪预报及水文气候模拟中的重要参数。本文利用吉林省50个站点1961—2021年的降水量、积雪深度、气温、风速和天气现象等气象观测资料，分析了降雪量和新增积雪深度的关系及主要气候影响因子。结果表明，在中等及以上强度的降雪过程中，吉林省新增积雪深度（D）与降雪量（S）的比值（深量比，Rds）平均为0.96 cm·mm-1；该比值存在空间差异，呈西部小东部大的分布特征，且存在明显的月际、年际和年代际变化特征，其中月际变化呈现不对称的抛物线型，12月和1月为大值时段；近60年来Rds呈减小趋势，变化速率为-0.01 cm·mm-1·（10a）-1；降雪日Rds与气温呈明显反相关关系，其中在-12~0 ℃的温度区间，Rds随气温上升呈明显减小趋势。气候变暖、降水量增加和风速的减小是降雪过程中降雪量与新增雪深关系年代际变化的直接原因。揭示降雪量和新增雪深的关系对于认识东北亚中高纬度降雪积雪特征及其成因具有重要意义。
损伤局部化是岩石受荷破坏过程中的必经阶段和破坏前兆特征。本文研究冻结岩石受荷破坏过程中的损伤局部化规律，并探讨初始饱和度的影响。在-20 ℃下对具有不同初始饱和度的冻结砂岩试样进行单轴压缩试验，并采用数字图像相关（DIC）和声发射（AE）系统采集试验过程中的表面变形和声发射信号，分析了试样表面应变局部化模式与内部微裂纹扩展类型。结果表明：（1）初始饱和度令试样的单轴抗压强度产生阶段性变化，并改变了试样各加载阶段占比和破裂过程中的声发射振铃计数分布特征；（2）以40%初始饱和度为转折点，试样的表面应变局部化模式由拉应变为主变为剪应变为主，初始饱和度超过90%时出现了拉、剪应变同时发展的混合模式，并能与试样的最终破坏形态对应；（3）损伤局部化过程中，试样内部的微裂纹扩展类型与表面应变局部化模式基本吻合。最后，结合不同初始饱和度下冻结岩石孔隙中的相组成分变化，分析了其对冻结岩石损伤局部化模式的影响。本研究有助于加深研究人员对冻结岩石力学性质的认识，为寒区岩石工程破坏与失稳预测提供重要参考。
冻结岩石热融过程中强度会出现软化，是最易发生破坏的阶段。研究冻结岩石的热融软化规律对冻结地层解冻过程中的稳定性和安全性评价至关重要。本文开展了不同融化温度下冻结岩石的单轴压缩试验，在还原岩石孔隙结构及对细观参数进行精确标定的基础上，利用颗粒流软件（PFC2D）模拟了冻结岩石的压缩破坏过程。基于微裂纹起裂规律和微裂纹扩展规律分析，探讨了孔隙冰对冻结砂岩热融软化规律的控制作用。研究结果表明：（1）冻结岩石的强度、弹性模量等参数均随着温度的升高呈两阶段变化趋势，在-4 ℃至-2 ℃之间存在某一温度，使得试样的强度及变形参数发生骤降。（2）当温度低于-15 ℃时，微裂纹的起裂扩展主要由矿物颗粒之间的接触强度控制；当温度在-2 ℃和-15 ℃之间时，主要由冰颗粒之间和冰-矿物之间的接触强度控制；而当温度大于-2 ℃时，则主要由冰颗粒之间的接触强度控制。（3）通过分析孔隙冰在冻结岩石受荷破坏过程中所起的“支撑作用”和“黏结作用”，发现在-6 ℃至-4 ℃之间，冰颗粒之间黏结强度和冰-矿物黏结强度均迅速衰减，导致冰的支撑和黏结作用弱化，是该温度区间力学性质快速弱化的本质原因。
非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律，针对其冻胀过程特点，基于达西定律和傅里叶定律，本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响，对比数值模拟结果与室内试验结果，验证了模型的合理性与可行性。通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用，并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。研究表明，在粗粒土冻结过程中，在土柱冻深范围内，气态水有明显的向上迁移趋势，对土体的冻胀有重要贡献。数值试验中发现，不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响，同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。在不同冷端温度作用下，高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率，表面最大冻胀量可达约4 cm。
为探究高频冻融循环对冰碛土力学性质的影响，并建立高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化的预测模型，以高寒高海拔地区冰碛土为研究对象，通过室内高频冻融循环试验及不固结不排水三轴试验，探究高频冻融循环次数和初始含水率对冰碛土破坏强度的影响规律，并基于试验数据和BP神经网络建立相应的预测模型，同时引入群智能优化算法对模型进行改进。研究结果表明：（1）高频冻融循环作用对冰碛土强度有着很大影响，在不同试验条件下，冰碛土强度劣化范围为30%~40%，且经过15~20次高频冻融循环后冰碛土强度劣化趋于稳定。（2）利用SSA-BP神经网络模型可反映高频冻融循环次数、初始含水率、围压与冰碛土破坏强度之间复杂的非线性关系，且预测误差明显小于BP神经网络模型，预测结果更加准确。（3）将SSA-BP神经网络模型与线性拟合采用的Logistic模型对比验证发现两者吻合度较高，进一步说明了SSA-BP模型的准确性。研究成果可为高寒高海拔地区的工程稳定性评价提供重要参数。
现有宏观控制因素作用下对冻土宏观强度的研究主要采用试验手段，在实践中已取得较好的成果。室内外试验普遍存在试验周期长、成本高的特点，随着新技术手段的涌现，探索更为简便的方法和构建预测模型，成为了科研工作者长期努力的方向。同时宏观控制因素对冻土宏观强度的影响借助土体内部特征这一媒介发挥作用。由于超声波是岩土介质物理力学性质等相关信息的良好载体，利用超声波检测具有的无损、快速、简便等特点，可反映土体内部特征。因此，本文从两种思路出发，设计出包含不同类型参数的强度预测模型：思路1，宏观控制性因素到宏观强度特性；思路2，宏观控制性因素到超声波速反映的土体内部特征再到宏观强度特性。基于此，首先通过试验获取不同含盐量土体经历不同冻融循环次数的超声波速和单轴抗压强度作为基本数据，再将思路1参数设置为试验控制变量，将思路2参数设置为纵、横波速构造的超声特征参数群，即联合两思路参数作为模型输入，建立单轴抗压强度的BP神经网络预测模型，并采用缺省因子检验法评估该模型。结果表明，随冻融次数、含盐量增加，单轴抗压强度总体减小；冻融初期波速波动明显，中期趋缓，后期恢复至初始值附近，且控制性因素作用下强度随波速增加呈阶梯式下降状态。而将经灰色关联度及粗糙集优化的思路2参数作响应土体内部特性的最优子序列建立的BP模型，平均绝对误差小于0.05 kPa，决定系数大于0.96，各参数敏感性指数平均为1.4251。同时敏感性分析成功验证了控制性因素、最优子序列在模型构建过程的假设地位，单个控制性参数对单轴抗压强度的影响大于单个超声特征参数。此外，模型精度较高、实用性较强，可为冻土模型的强度预测及参数选取提供参考。
冻土区管道保温层效果与评价指标变化的随机性密切相关，以往冻土区管道保温层效果评价模型存在一定的局限性与不足。为了提升冻土区管道保温层效果模型的应用效果，本文基于驱动力-状态-响应（Driving force-State-Response，DSR）理论、综合云理论和迭代运算方法相结合的综合评价方法，构建适用于中俄冻土区管道保温层效果的评价模型。为了验证冻土区管道保温层效果评价模型的科学性，以中俄管道沿线（漠河—大庆段）四处典型监测区域MDX007、MDX113、MDX304和MDX364为实例，应用评价模型对管道保温层效果的失效类型和失效可能性概率进行了综合分析。结果表明：运用评价模型可以科学指导中俄原油管道保温层效果的评估，并依据相应的保温层效果失效类型结果给出对应的措施建议。综合云模型能够结合不同理论模型的优势，保证冻土工程环境评价的科学性，通过置信度值验证，具有良好的应用前景。研究成果可为中俄原油管线安全稳定运营提供战略性的科学支撑。
深层热水钻是开展极地冰下湖洁净钻探取样的重要工具。井下回水系统是深层热水钻的关键组成部分，主要包括回水软管、注热软管、潜水泵和回水腔等。回水软管用于抽取回水腔中的融水至地表以实现循环利用，而注热软管则用于将地表热水注入回水腔以防止其冻结。回水软管和注热软管的热流特性对井下回水系统设计十分重要，但目前还未开展系统研究，其压力损失和温度损失的变化规律尚不清楚。本文首先基于达西-魏斯巴赫公式和苏霍夫温降公式提出了回水软管和注热软管热流特性的理论计算方法；然后，在COMSOL Multiphysics 5.6软件建立了两种软管热流特性的数值模拟方法，并与理论计算结果进行了对比；最后，系统分析了流量、内径、长度、进口水温、导热系数、内壁粗糙度、冰层温度、壁厚等因素对回水软管与注热软管压力损失和温度损失的影响规律。研究结果指出了影响回水软管与注热软管热流特性的主导因素，得到压力损失和温度损失的大小，从而为设计安全高效的井下回水系统提供了理论支撑。
以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则，综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响，建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型，联合各区域边界条件，计算获得冻结围岩均质与非均质状态下，弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式方程，分别对其应力位移场讨论分析。研究表明：考虑冻结围岩的非均质特性，塑性区环向应力峰值增大40%，塑性区范围相对减少40.4%，内壁位移减少9.3%，弹性极限承载力提高41%，塑性极限承载力提高14%，影响显著。中间主应力效应能充分发挥非均质冻结围岩承载潜能，计算得到的承载力明显增大，塑性半径明显减小。所得结果可为寒区隧道开挖支护设计以及数值模拟，提供理论指导。
漂珠作为一种高热阻材料，运用于多年冻土区沥青路面最初目的是减少运营期路面吸热，减缓冻土融沉。但其对施工期沥青路面温度散失规律及有效碾压时间的影响，则鲜有研究涉及。漂珠的加入改变了混合料自身的热物理性质，进而对沥青路面压实以及进入冻土路基的热量造成影响。本文首先通过室内试验，测试沥青胶浆热物理参数随漂珠掺量的变化规律。由于沥青混合料碾压过程中材料本身逐渐从松散状态转化为密实状态，该过程中材料孔隙率不断降低强度随之提高，因此施工期间沥青混合料热物理参数也处于动态变化之中。试验过程中，将添加漂珠后的沥青混合料视为一种复合材料，其主要由粗集料、沥青胶浆、空气三部分，通过室内试验测定漂珠沥青混合料中三种成分的热物理参数，并基于Williamson公式计算摊铺碾压过程中漂珠改性沥青混合料在密实和松铺两种状态下的热物理参数。之后建立摊铺碾压过程沥青路面温度场计算有限元模型，获取不同漂珠掺量和摊铺厚度下路面温度场变化规律，明确添加漂珠对施工期进入路基热流影响。最后基于数值计算结果，对施工期沥青路面温度影响因素进行多元回归分析，获得了施工期间沥青混合料温度预估方程。研究结果表明：添加15%沥青体积漂珠后混合料导热系数降低78%，比热容变化不大（小于1%）。外界气温为0 ℃、10 ℃、20 ℃、30 ℃工况下，添加15%漂珠可使密实状态下混合料有效碾压时间提升21.1%、20.2%、17.5%、16.8%；松散状态提升21.6%、21.2%、20.3%、18.7%。相同工况下，松铺状态有效碾压时间为密实状态下的1.7~2.1倍，因此，在低温工况下，初步碾压作业一旦开始，后续复压及终压应快速、连续开展，确保有效时间内使混合料达到规定压实度。此外，添加5%、10%、15%漂珠还可使密实状态下进入基层热量分别降低1.9%、3.1%、6.4%；松散状态下降低3.5%、7.3%、12.8%，说明添加漂珠对降低施工期热量对路基的扰动也有积极作用。
基于两个共享社会经济低碳路径（SSP1-2.6、SSP2-4.5）下的CMIP6中的8个GCMs气候模式进行黄河源区2021—2060年平均气温和降水量预估。在此基础上，利用CMIP6中的8个GCMs气候模式分别驱动HBV、SWAT水文模型综合集成预估了黄河源区2021—2060年流量的年代际变化。结果表明：SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下，2021—2060年黄河源区呈暖湿化趋势，平均气温较基准期（1995—2014年）分别上升1.3 ℃、1.6 ℃，年降水量分别增加11.6%、11.5%。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下2021—2060年黄河源区年平均流量分别增多8.6%、8.5%；两种情景下黄河源区21世纪各年代际流量均增加，其中21世纪20年代和30年代流量增幅小于40年代、50年代流量增幅。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区2021—2060年6—8月流量减幅在1%以下，而3—5月和9—12月流量增幅为0.1%~2.1%。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区蓄水期（9—11月）极端丰水流量增加2.5%~2.7%，SSP1-2.6情景下黄河源区2021—2060年汛期（6—8月）极端丰水流量总体增加0.1%，SSP2-4.5情景下黄河源区汛期极端丰水流量减少1.3%，SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区枯水期（12至次年5月）极端丰水流量减少0.7%~1.0%；黄河源区汛期（SSP1-2.6和SSP2-4.5情景）及枯水期（SSP1-2.6情景）极端枯水流量较基准期增加0.8%~1.9%，两种情景下黄河源区蓄水期极端枯水流量减少1.8%~2.3%。
高寒草甸作为主要的高寒生态系统之一，其非生长季的碳水平衡地位对整个生态系统具有重要意义。但该季节碳水通量的环境驱动因素知之甚少。因此，本研究基于涡动观测与气象梯度塔，探讨祁连山高寒草甸非生长季（2022年11月—2023年4月）的碳水通量及其影响因素。研究结果表明，祁连山高寒草甸生态系统，整个非生长季净生态系统碳交换量（net ecosystem carbon exchange，NEE）、总初级生产力（gross primary productivity，GPP）和生态系统呼吸（ecosystem respiration，Reco）分别为-18.0574 mg CO2⋅m-2、27.3565 mg CO2⋅m-2和9.2991 mg CO2⋅m-2。总蒸散发（ET）为74.8762 mm，比总降水量低15.0762 mm，该生态系统水循环较为平衡。在非生长季归一化植被指数、光合有效辐射和土壤温度是影响净生态系统碳交换量的主要因素。而相对湿度、降水和净辐射是影响非生长季蒸散发的主要因素。本研究结果揭示了祁连山高寒草甸非生长季的二氧化碳通量和水通量特征及其影响因素，为了解该地区碳收支过程和水平衡及其对气候变化的响应提供了重要参考。
全球变化导致气温上升加速冰川退缩，冰川前缘进化出大量抗辐射-抗氧化微生物资源。细菌作为影响冰川前缘演替过程的重要类群之一，对其冰舌区新融化的冰碛物生境中抗辐射-抗氧化细菌的研究却较为少见。基于16S rRNA基因序列系统发育学的研究，不仅对老虎沟12号冰川前缘冰舌区冰碛物生境可培养细菌多样性进行研究，同时对菌株的抗辐射和抗氧化能力进行筛选和评估。研究表明，研究区域分离出的259株细菌分别归属于放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和异常球菌-栖热菌门（Deinococcus-Thermus），其中放线菌门的菌株数量最多，其次是变形菌门>拟杆菌门>厚壁菌门>异常球菌-栖热菌门；在物种多样性方面，放线菌门和变形菌门是物种丰富度最高的门。TN、TOC、WC和pH是影响可培养细菌群落结构的主要因素。UVC辐照强度的D10（致死率为10%）剂量高于100 J·m-2的菌株占可培养细菌总数的94.9%，过氧化氢耐受浓度的D10剂量高于10 mmol·L-1的菌株占100%；其中有20株抗辐射菌株氧化胁迫后的存活率在90%以上。此外，氧化胁迫后存活率高于Deinococcus-radiodurans R1的菌株均是100 J·m-2 UVC辐照后抗辐射存活率高于50%的抗辐射菌株。该研究不仅可以为冰川前缘环境中细菌的多样性和生态适应性提供理论基础，也可以为后续辐照、氧化损伤保护机制的研究提供丰富的抗辐射-抗氧化冰川细菌资源。
针对利用ICESat-2星载光子点云数据进行冰川高程变化监测时，不同地形条件下的ICESat-2激光光子数据质量差异较大导致冰川高程变化量估算误差较大的问题，本文以青藏高原上中国最大的海洋性冰川——恰青冰川为例，联合使用ICESat-2激光测高数据及30 m分辨率SRTM的DEM产品，提出了融合稳健估计准则的多函数拟合冰川高程变化量估算误差改正模型，降低了因地形坡度引起的冰川高程变化量估算误差；进而，估算了2000—2021年间恰青冰川的高程变化速度及质量变化量。结果表明，与对应的传统最小二乘估计结果相比，本文提出的融合稳健估计的函数模型改正效果更优。随后，将改正结果与多种数据进行交叉验证，能够证明该误差改正模型的有效性和可行性。因此，该模型可以有效改善冰川高程和质量变化信息提取的精度，研究结果表明，研究区21年间冰川高程变化速率约为（-0.52±0.56） m⋅a-1，冰川质量变化约为-12 773.81×105 t。此外，经过对21年间气象数据的年变化和月变化分析可知，气温和降水量等因素是引起冰川高程变化的主要动因。
为探讨热管最佳工况，搭建了适用于多年冻土区的氨-钢热管试验台。通过监测热管内部轴向、外壁的温度分布以及外壁面的热流密度变化，在负温条件下开展了不同充液率（20%、30%、40%）和倾角（10°、30°、50°、70°、90°）对热管传热性能影响的试验。试验结果表明：在三种充液率下，热管处于10°倾角时均温性最佳；充液率为30%和40%的热管倾角50°时总热阻最小、传热效率最高，充液率为20%条件下热管的总热阻和传热效率在倾角30°时分别达到极小值和最高值。总体而言，充液率为30%的热管具有最佳传热表现。
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