政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2021年8月发布了第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。该报告基于最新的观测和模拟研究，评估了冰冻圈变化的现状，并采用CMIP6模式对未来变化进行了预估。报告明确指出，近十多年来冰冻圈呈现加速萎缩状态：北极海冰面积显著减小、厚度减薄、冰量迅速减少；格陵兰冰盖、南极冰盖和全球山地冰川物质亏损加剧；多年冻土温度升高、活动层增厚，海底多年冻土范围减少；北半球积雪范围也在明显变小，但积雪量有较大空间差异。冰冻圈的快速萎缩加速海平面的上升。未来人类活动对冰冻圈萎缩的影响将愈加显著，从而导致北极海冰面积继续减少乃至消失，冰盖和冰川物质将持续亏损，多年冻土和积雪的范围继续缩减。报告也提出，目前冰冻圈研究仍存在观测资料稀缺、模型对各影响因素的敏感性参数和过程描述亟需提升、对吸光性杂质的变化机制认知不足等问题，从而影响了对冰冻圈变化预估的准确性，未来需要重点关注。

MODIS V006版本数据仅提供了归一化积雪指数（NDSI），而用户往往关心的是直观的积雪分类，包括积雪范围或积雪覆盖率。美国国家冰雪数据中心推荐全球积雪范围最佳的NDSI阈值为0.4，但是青藏高原地形复杂多样，积雪斑块化特征明显，单一阈值并不能精确地判识不同下垫面上的积雪。青藏高原被称为地球的第三极，是中国三大稳定积雪区之一，蕴藏了大量的淡水资源。随着全球气候变暖，青藏高原地区积雪融化时间提前，冰川融水增加，影响河流水量，造成洪涝灾害，进而影响人类正常生产生活，因此通过确定不同下垫面阈值，改善传统阈值的积雪高估低估现象，提高积雪识别精度，进而更准确地探究青藏高原积雪状况，显得尤为迫切。本文以青藏高原为研究对象，首先生成MODIS逐日无云NDSI序列并进行验证；其次对应站点雪深数据与NDSI序列，证实在下垫面为林地和非林地的区域，去云NDSI序列与站点雪深均有良好的对应关系，确定不同下垫面最优阈值范围；最后在最优阈值范围内通过混淆矩阵确定最优阈值。计算得出，林地NDSI=0.03时，总体精度最高为94.02%，在该NDSI之下，高估误差OE和低估误差UE分别为1.21%和4.60%；非林地NDSI=0.26时，总体精度OA最高为94.27%，在该NDSI之下，高估误差OE和低估误差UE分别为0.51%和5.03%。因此选取优化后林地阈值为NDSI=0.03，非林地阈值为NDSI=0.26。为避免地面常规观测资料尺度上的局限性，本文采用高精度的Landsat 8 OLI卫星数据识别结果，作为“真值”对优化后阈值的判别结果进行“像元—像元”级别的验证。在定量验证中，优化后 NDSI阈值对MOD10A1 V006积雪判别结果的总体精度OA为84.21%，高估误差OE为5.33%，低估误差UE为10.46%；传统阈值对MOD10A1 V006积雪判别结果的总体精度OA为82.86%，高估误差OE为1.48%，低估误差UE为15.66%。可以看出在定量验证中，优化后阈值的积雪判别精度更高。同时在定性验证中，积雪大面积集中的区域，新的阈值与传统阈值提取效果均相对较好；积雪相对分散破碎的区域，优化后阈值能提取出大量积雪，传统阈值则不能。这表明考虑不同土地覆盖类型下的NDSI阈值优化可以有效地提高青藏高原积雪判别精度，为NDSI在积雪识别中的应用提供有力的支撑，有助于更准确地了解该地区积雪分布状况。

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史，而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法，提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年，以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法，但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约，冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年，但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求，随着测量技术与手段的突破，新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术（如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术）大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度，有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部；基于“原子阱痕量分析”（Atom Trap Trace Analysis，ATTA）的惰性气体（⁸⁵Kr、⁸¹Kr、³⁹Ar）放射性测年技术是一项革命性的技术，由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的¹⁴C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段，而且用冰量低，有望解决冰芯中碳含量低，定年困难的窘迫状况。此外，人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯³H低本底测量技术结合数据处理方法，有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号，将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。

雪崩是冰冻圈内主要的自然灾害之一，严重威胁高寒山区内的交通廊道、能源输送和通信干线、矿区、牧区、旅游区等安全并造成基础设施毁坏和人畜死伤，阻碍山区社会经济的可持续发展。随着气候变化和人类活动不断向高寒山区扩展，暴露在雪崩危险之下的人口及基础设施日趋增多，雪崩的风险显著增强。为保障山区的社会经济可持续发展，对雪崩灾害防治管理需求不断增加。在梳理我国1960年以来主要雪崩研究进展基础上，结合世界各地雪崩研究成果，总结了雪崩的影响因素和区域规律、雪崩的形成与运动机理、雪崩监测预警、雪崩风险评估和雪崩工程防治等方面的进展和亟须研究的前沿问题以及科学难点。同时本文论述了气候变化对雪崩活动的影响，以及人类活动与雪崩活动之间的相互影响，展望了未来雪崩防灾减灾的需求并提出对策，推动雪崩防灾减灾研究。

青藏铁路1401旱桥位于唐古拉山多年冻土区。青藏铁路正式运营后，1401旱桥桩基连续多年出现沉降现象，严重危害了铁路的安全运营。对2009—2018年间沉降数据的分析表明，经过2009年、2011—2012年以及2017年三期的整治，该旱桥桩基已经趋于稳定。进一步分析发现，1401旱桥桩基沉降的主要原因包括浅层多年冻土夏季升温、青藏铁路沿线气候变暖、深层承压水外泄导致的冻土升温和下限升高。青藏铁路1401旱桥桩基的整治措施表明，冻土区桩基沉降的治理工作是一个复杂长期的过程，必须综合考虑各项整治措施对多年冻土地基的热扰动，建议开展青藏铁路旱桥的监测，增强早期发现、治理桩基病害的能力，提高青藏铁路旱桥路段的运营水平。

冰架是南极冰盖物质损失的主要出口。南极冰架动态变化和物质平衡的研究对揭示南极地区的气候变化具有重要的参考价值。本文从表面融化、冰流速、前缘崩解、底部融化和物质平衡五个方面入手，对近些年来南极冰架变化监测的研究进展进行梳理和归纳总结，综述了它们的观测方法、观测结果、机制分析及当前面临的问题。极地观测卫星和现场观测网络的发展、冰架多维度综合分析及数值模拟研究的推进，将有助于进一步揭示冰架变化因子之间的耦合作用及其演变机制，为全球增温影响南极冰盖/冰架的物理机制研究及其变化预测提供重要依据。

甲烷（CH₄）是仅次于二氧化碳（CO₂）的重要温室气体。随着青藏高原气候的暖湿化，整个高原将可能成为一个潜在的碳源，要实现《巴黎协定》的1.5 ℃和 2 ℃温控目标，需要准确估算未来剩余的碳排放空间。因此，准确地认识青藏高原大气CH₄的源汇特征、时空变化过程及机理，对预测及应对变暖，帮助政府做出科学的节能减排决策具有重要的现实意义。本文从大气CH₄的观测方法、源和汇、CH₄浓度的时空分布特征3个方面总结了青藏高原已有大气CH₄的研究进展，结果表明：目前，青藏高原大气CH₄观测主要有地基观测和卫星遥感，缺少空基观测，在卫星产品中，AIRS的CH₄浓度数据质量最好；青藏高原大气CH₄以自然来源为主，可以确定的主要来源有湿地、湖泊和畜牧业，地质活动、植被和多年冻土是否是CH₄的主要源还存在争议；吸收汇主要是对流层的OH自由基和高山草甸；青藏高原CH₄浓度的季节分布呈单峰特征，夏季最高，CH₄浓度的增减与亚洲夏季风的进退同步；青藏高原CH₄浓度年均增长约为5~8 ng·g^-1，大于周边地区；青藏高原近地面的CH₄高值出现在中部，从地面到对流层顶CH₄浓度逐渐减小，但高原东部和北部减小幅度大于西南部。未来应加强大气CH₄三维连续观测，改进卫星反演算法和源汇解析模型，准确量化青藏高原大气CH₄时空变化过程，揭示其变化机理，以期为未来高效减排政策提供科学依据。

白令海是北冰洋的边缘海，其海冰变化与北极其他海域存在巨大差异。近10年来，白令海海冰面积发生显著减少，对区域水文、大气甚至生态系统造成巨大影响，甚至影响到中纬度乃至我国气候系统。基于卫星观测、模式模拟等多种手段，学术界对白令海海冰时空变化特征及其影响因子进行了大量的研究。本文阐述了白令海近期海冰变化，回顾了海冰变化的影响因子，总结了白令海海冰变化对水文、大气、生态系统以及中纬度气候系统的影响。通过对已有研究进行综合分析指出，受研究方法缺陷和观测数据缺失，以及探索因果关系机制的综合性研究较少的影响，对于驱动季节内白令海海冰变化机理认识仍然不足。进一步指出，需要加强对前期海冰对后期海冰影响、风场对海冰的拖拽作用、暖平流对海冰的影响尺度以及海冰面积变化尺度演变等方向的研究。

青藏高原及周边冰川区表碛分布十分广泛，其通过地-气-能-水交换、反照率变化等影响冰川消融及空间特征，导致表碛覆盖型冰川物质平衡响应机制、水文效应及其致灾过程不同于无表碛覆盖型冰川。本文在系统梳理青藏高原及周边冰川区表碛空间分布特征的基础上，综合分析了表碛对冰川区消融、物质平衡和水文过程的影响及其对气候的响应过程，并系统分析了表碛影响观测与模拟的研究进展。目前不同尺度冰川物质平衡和径流模型对表碛影响的考虑依然不足，导致应用现有模型开展表碛分布及动态变化和评估气候变化条件下表碛影响面临诸多挑战。展望未来，深入认识气候-冰川-表碛系统相互作用与反馈机制，发展考虑多物理过程的冰川-表碛系统协同演化的动态模型，预估气候变化驱动下的冰川区表碛动态影响及趋势，进而服务于区域社会经济发展和“绿色丝绸之路”建设。

位于青藏高原东南边缘的海螺沟冰川是典型的季风海洋性冰川，对气候变化响应极为敏感，研究海螺沟冰川现状及变化趋势具有重要的现实意义。本文以Landsat系列遥感影像为数据源，基于遥感和地理信息技术，采用波段比值阈值法和目视解译相结合的方法提取1974年、1991年、2000年、2009年、2020年5期冰川边界，并结合数字高程数据分析了在全球变暖大背景下近46年来海螺沟冰川长度、总面积、表碛覆盖范围和不同朝向冰川覆盖单元变化特征。结果表明：（1）1974—2020年冰川长度缩短1 087 m，年平均退缩速率为0.15%，其中，2000年后冰川末端退缩速度不断加快。（2）1974—2020年冰川面积减少0.55 km²，面积变化率为-2.19%，年平均退缩率为0.05%，其中2000—2009年减少最多，约为0.23 km²，面积变化率为-0.93%，年平均退缩率为0.10%。（3）不同朝向冰川也呈不同程度的退缩状态，其中偏东向冰川面积萎缩速率最快。冰川分布呈东多西少、南多北少的特点，且各朝向冰川面积分布与1974—2020年对应朝向面积总萎缩量存在正相关关系。（4）自2000年后海螺沟冰川西北部、东北部和西南部表碛覆盖面积不断增大，预测未来海螺沟冰川表碛将处于持续扩张的状态。

冰川跃动是多种冰川灾害的主要致灾因子，近年来与冰川跃动相关的冰崩、冰川垮塌、冰川泥石流等灾害的发生频率不断增加，使其成为国际国内冰川学研究的热点。依据对现有文献的统计发现，全球总计约有1 850条跃动冰川，主要分布于环北极地区和亚洲高山区，其中我国西部约有跃动冰川146条。跃动冰川可通过其特殊的表面形态标志，跃动前后冰川末端位置、表面高程和运动速度的变化，以及跃动产生的地貌学和沉积学特征来进行鉴别。跃动冰川的特殊运动模式主要由其内部和底床特性决定，包括冰内/冰下的热力学、水力学与形变等参数及变化过程等。现有大多数跃动冰川研究是基于各类遥感技术，主要着眼于跃动冰川表面变化，并据其对冰川跃动的可能机制进行分析。由于遥感方法精度有限且受天气、地形条件等的制约，同时无法获取冰内/冰下关键参数，因此野外现场观测在这些参数获取方面仍具有不可替代的作用。受限于冰内/冰下参数野外观测数据的缺乏，目前对冰川跃动机理的认识仍局限于早期提出的水力学和热力学两种机制，无法解释同一区域具备不同跃动机制的冰川共存，以及部分冰川跃动从冰川下部发起等问题。同时，在气候变化对跃动冰川的影响研究以及冰川跃动的模拟和预测等方面还有较大欠缺，需要在未来研究中重点关注。

保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程，进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融，实现冻害防治的目的。在工程设计中，隧道保温段的敷设长度和厚度是两个关键参数，其中敷设厚度相对容易确定，但是敷设长度的确定目前缺乏统一的标准和简便可靠的方法，给隧道保温设计带来了一定的难度和不确定性。基于此，对包括现有铁路和公路规范要求、经验公式、工程类比法、理论解析法、数值模拟法等寒区隧道保温段敷设长度确定方面的工程实践、研究进展和挑战进行了系统的总结，并在此基础上提出保温设防设计用气象数据的选取方法、保温设防长度确定的依据、隧道进出口的差异性，以及季节冻土与多年冻土区隧道的差异等未来工程实践和科学研究仍需解决和研究的重点，以期能够为寒区隧道保温防冻工程设计难题的解决提供参考。

梅里雪山雪崩多发，但缺乏系统监测和研究。1991年1月3日梅里雪山发生了造成中日联合登山队17名队员遇难的巨大雪崩事件。2019年安装在明永冰川末端附近的物候相机拍摄到临近梅里雪山明永冰川的一次雪崩事件。两次事件类型不同，这对我们进行雪崩预测预警有良好的指示作用。本研究以RAMMS（Rapid Mass Movement System）模型为手段，利用经验值和经验公式确定影响模拟结果的主要模型参数和积雪可能断裂深度，在优化分析的基础上，对两次雪崩事件进行重建，定量分析雪崩堆积量、堆积范围等。结果显示：1991年雪崩共持续了192 s，雪崩体从海拔5 730 m处断裂，沿坡面崩塌而下最终堆积在海拔约5 000 m的冰川粒雪盆地区，形成面积为0.6 km²，体积约67×10⁴ m³的堆积体。2019年雪崩共持续了158 s，雪崩流最大高度35.91 m，最大速度79.34 m·s^-1，堆积量76.2×10⁴ m³，雪崩堆积范围与野外观测到的一致。两次雪崩事件发生地位于雪崩极高危险区和高危险区，在一定程度上验证了风险评估的准确性。研究结果可为梅里雪山地区未来潜在雪崩灾害的风险评估提供依据，为雪崩预测预警提供良好的参考。

融雪径流是西北地区宝贵的水资源。过去几十年，西北山区融雪径流模拟研究广泛开展，在积雪消融过程观测和模拟、驱动数据空间分布与融雪径流模型应用、分布式融雪径流模型改进和发展方面都开展了比较深入的研究，取得了较好的成果。插值算法、遥感反演和数据同化技术的发展，为分布式融雪径流模型在西北山区的广泛应用提供了数据支撑。气候变暖和经济社会的发展将进一步加剧西北干旱区水资源供需矛盾，对融雪径流模拟的精度和时空分辨率提出了更高的要求。综合西北山区融雪径流模拟研究的已有进展和面临挑战，提出未来西北山区融雪径流模拟研究需要在积雪积累和消融过程的机理探究、积雪时空分布变化监测和高精度积雪分布数据获取、气候变化对流域融雪径流影响量化方面开展深入研究。

冰厚分布和冰储量是冰川水资源、冰川变化和冰川动力学模拟研究的基础数据。本文基于七一冰川冰厚度雷达测量结果，结合GPS位置数据、遥感数据和冰川地形数据，运用协同克里金空间插值算法，绘制了冰厚分布图和冰床地形图，并运用厚度积分法估算了冰川冰储量。2015年七一冰川的面积为2.517 km2，平均冰厚和冰储量分别为44.9 m和0.1129 km3，实测最大冰厚为115 m。海拔4 480~4 600 m和海拔4 640~4 800 m是七一冰川两个冰厚值较大的区域，平均冰厚分别为88 m和97 m。

青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区，目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料，对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明：三江源区年平均气温为-0.34 ℃，呈东高西低分布，总体以0.38 ℃·（10a）^-1的速率上升，并在1997年发生突变，突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm，自西北向东南减小，总体以2.4 cm·（10a）^-1速率退化，与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日，以1.0 d·（10a）^-1速率推迟，平均地表冻结终日为5月18日，以3.3 d·（10a）^-1速率提前，与变暖前相比，地表冻结终日提前了12 d，地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d，呈西高东低分布，总体以1.9 d·（10a）^-1速率减少，与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变，相比气温均有一定滞后。这说明，季节冻土在受气温变化影响同时，还受地形、人类活动等其他因素影响。该研究揭示了三江源区季节冻土冻结作用弱化的现象，研究成果可为应对气候变化、工程建设等提供参考。

冰川-冰湖耦合过程是冰冻圈物质与能量循环的重要组成部分，系统刻画冰川演化与冰湖发育过程的相互作用机制，对于完善冰冻圈科学理论体系和认知冰川作用区变化规律、水循环模式和灾害效应具有重要意义。本文立足山地冰川演化和冰湖发育过程，系统归纳了冰川-冰湖相互作用研究进展，剖析了冰川作用与冰湖发育耦合机制及相关模型的应用，并对现有冰川演化与冰湖发育过程耦合机制研究存在的不足与挑战进行解析和总结。冰川-冰湖耦合过程的深入研究有助于提高数值模拟的可信度与精度，为评估冰川-冰湖耦合过程影响、建立灾害监测预警体系和采取适应性措施提供数据与理论基础。

辽东湾是我国冰情最严重海域，每年冬季都会受到海冰的显著影响，冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性，结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型，可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据，结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积），推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系，提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法，进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性；浮冰范围与气象数据存在明显相关性，临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时，冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的；水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题，本文依据水温与气温的相关性，将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大），进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。

在全球变暖背景下，亚洲高山区冰川正在加速消融退缩。从冰川的物理变化机制，数值模拟冰川变化的过程，是揭示冰川变化机理的关键，也是研究冰川对气候的响应以及预测冰川变化的重要途径，更是应对冰川变化引发水文、生态、和环境效应的重要前提。作为冰川变化研究的前沿方向和热点领域，数值模拟一直是山地冰川研究的核心任务，近年在对亚洲高山区冰川研究中进展迅速。本文首先简要介绍了对山地冰川进行数值模拟的基本原理和方法，然后简要回顾了近年来亚洲高山区冰川数值模拟的研究现状，最后基于目前的研究与认识，提出我国在冰川数值模拟研究的薄弱环节并进行了展望和设想。本文可为建立、发展冰川数值模型，尤其是亚洲高山区山地冰川数值模拟研究提供基础知识和参考。

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。

雪崩是藏东南地区非常严重的一种自然灾害，准确且及时地监测并获得雪崩活动信息在雪崩灾害的减灾防灾中发挥着最为重要的作用。雪崩活动的监测包括实地监测和遥感监测两种基本类型，其中实地监测可以采取雪体试验、定点长期监测和次声地震波三种方法，不同方法相互印证会取得更好的监测效果。近年来随着摄影测量及航空航天科技的发展，遥感监测在雪崩的灾害管理、预测预警以及工程防治中的作用也愈加重要。与实地观测和定点监测相比，雪崩的遥感监测不直接接触不稳定性积雪，所以安全性更高。雪崩的遥感监测采用光学、激光和雷达三种传感器，搭载在地面、航空或者卫星平台之上，可以对不同空间尺度的雪崩进行临时或连续性观测。不同的传感器及平台都有各自的优势和局限性，在实际的雪崩监测中需根据成本、可到达性以及观测目标等因素灵活应用。大范围雪崩的自动监测及其算法问题依然是雪崩遥感监测的难点。藏东南是湿雪雪崩的高发地区，可以采用实地观测和高分辨率的RS-2U雷达影像相结合的方法进行长期监测，并采用哨兵-1号、SPOT或QuickBird光学影像进行验证。波密嘎隆拉隧道附近是藏东南雪崩的高发区，又是连接波密县和墨脱县的主要公路，适合建设固定的雪崩观测站进行长期观测。

藏东南尼都藏布流域冰雪崩、滑坡和泥石流等山地灾害频发，研究团队于2021年10月对流域内的塔弄错进行了水深测量和周边地貌环境调查。同时，利用短基线合成孔径雷达干涉测量（SBAS-InSAR）技术监测了尼都藏布流域的地表形变速率，以识别冰湖周边的潜在滑坡体、崩塌体等诱灾因素。最后，基于数值模型RAMMS和波浪传播模型，评估了不同情景下崩塌体入湖和水量变化对冰湖溃决风险的影响。结果表明，塔弄错的最大水深为29.45 m，平均水深为15.21 m，水量为1 820 842 m³。塔弄错周边5个不稳定区域的平均形变速率远高于其他区域，将来可能会成为触发塔弄错溃坝的外界诱因。模型模拟显示，塔弄错在入湖崩塌体质量增加或水量增加情况下，产生的洪峰流量、溃口深度和坝顶承受的压力均显著增加。因此，建议在冰湖溃决风险评估工作中重点关注周边有崩塌隐患点且水量持续增长的冰湖，并实时观测崩塌区的动态变化，为下游及时做好冰湖溃决洪水的避险提供预警信息。

积雪是地表特征的重要参数，其对辐射收支、能量平衡及天气和气候变化有重要影响。利用1980—2019年被动微波遥感积雪深度资料对青藏高原积雪时空特征进行分析，在此基础上将高原划分为东部、南部、西部及中部4个区域，并分区域讨论了多时间尺度积雪的变化特征及其与气温、降水的相关关系。结果表明：不同区域积雪深度在不同时间尺度的变化特征存在差异，高原东部积雪深度累积和消融的速率比西部快，南部积雪深度累积和消融速率比中部快。季节尺度上，冬季积雪高原东部最大，中部最小；春季积雪高原东部消融速率最大，西部积雪消融较慢但积雪深度最大；夏季高原西部仍有积雪存在。年际尺度上，各区域积雪深度在1980—2019年均呈现缓慢下降趋势，但东部积雪减少不显著；高原东部积雪深度在1980—2019年呈现出增加—减少—增加—减少的变化，其余3区均呈现出减少—增加—减少—增加—减少的变化。不同区域积雪深度对气温、降水的响应不同，高原东部和中部积雪深度与气温相关性较好；各区域积雪深度与降水呈不显著的正相关关系。

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器，20世纪90年代中期以来，在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是，湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及，而遥感技术的发展正好可以克服以上局限，该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法，综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估，结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多，而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前，学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因，而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去，关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上；现在，在湖泊水量平衡方面，越来越多的研究开始在定量化方面取得进展；将来，随着更多遥感数据的开放共享，以及更多水文与气象站点的投入使用，将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。

作为全球气候变化的敏感器和放大器，青藏高原的水文过程是目前的研究热点，其中，蒸散发是青藏高原水文循环最难估算的分量。借助青藏高原腹地风火山地区涡度相关系统、蒸渗仪、气象观测系统获取的观测数据，采取涡度相关法、蒸渗仪测定和FAO56Penman-Monteith公式三种方式，对2019年风火山地区生长季实际蒸散发量进行了评价。结果表明：在青藏高原风火山地区高寒草甸生长季前期、中期、后期作物系数分别为0.93、1.11、1.14；三种方法获得的生长季实际蒸散发值基本相似，生长季蒸散发量（495.00±21.69） mm大于同时期降水量377.89 mm；风火山地区生长季蒸散发量日均值为（2.70±0.12） mm，风火山地区生长季不同阶段蒸散发量日均值表现为生长季中期［（3.03±0.10） mm］>生长季后期［（2.49±0.12） mm］>生长季前期［（2.23±0.18） mm］。文章中求取的不同生长阶段作物系数、蒸散发量为青藏高原类似地区蒸散发观测和模拟提供了基础资料。

土冻结过程中的水分迁移积聚与冰分凝关系密切，但两者之间的耦合关系至今仍不清晰。借助孔隙水压力测试以及多层核磁测试技术，通过系列土冻结试验，研究了水分积聚与冰分凝之间的动态耦合关系。试验结果发现粉质黏土和本文试验用兰州黄土在冻结过程中均在冻结锋面附近存在明显的水分积聚现象，但水分积聚模式存在明显差异。本文试验用兰州黄土在封闭系统条件下发生冻结时，未观察到分凝冰生成，孔隙水压力以上升为主，在冻结初期冻结锋面附近观察到明显的液态水积聚现象；而在粉质黏土的冻结过程中，可观察到冰分凝产生，孔隙水压力以下降为主，在冻结锋面附近未观察到液态水积聚现象。分析上述现象认为，在土体冻结过程中冻结锋面附近的水分积聚存在两种模式：1）压排式积聚：由于无分凝冰形成（孔隙冰的形成），冻结区（近饱和或饱和的情况下）与未冻区的水分在水压力梯度的驱使下向冻结锋面处迁移；2）冷吸式积聚：由于分凝冰的形成，未冻区的水分在吸力的驱使下向冻结锋面处迁移。值得注意的是，这两种土体冻结过程中的水分积聚模式及其影响权重与分凝冰的形成与否有着密切关系：无冰分凝的情况下，只可能在冻结初期存在压排式水分积聚；而当存在冰分凝时，在冻结初期几乎没有压排式水分积聚，在冻结后期则以冷吸式水分积聚为主。不同成冰机制下的水分迁移及积聚模式可以进一步细化土体冻结过程中的水热动态过程，这一发现将对寒区道路工程的病害机制研究、防治措施设计以及厚层地下冰的形成机制有重大参考价值。

地表土壤冻融循环过程对地表水分和能量平衡有重要影响，进而影响植被生长、土壤含水量、碳循环和陆地生态系统。被动微波具有时间分辨率高、数据量丰富、对土壤水分敏感等特点，在监测地表冻融过程中发挥了重要的作用。随着国内外被动微波传感器相继升空，为冻土的年际变化、季节变化、日变化及长时序的近地表土壤冻融循环的研究提供了保障，近年来利用被动微波数据进行地表冻融循环的研究逐渐增多。基于以往研究，本文总结了被动微波遥感数据的类型和所含波段的特点；阐述了被动微波数据用于冻融监测的原理，重点介绍了被动微波数据在冻融监测研究中的五类算法，包括双指标算法、决策树算法、冻融判别式算法、季节阈值算法和基于L波段相对冻结因子阈值判别算法，并对五类算法进行了对比分析；梳理了基于不同算法和被动微波数据的冻融产品；研究中受传感器物理特性和地球形状及轨道等影响导致被动微波数据缺失的问题，可利用前后两天被动微波数据平均值，或者建立统计函数来补齐缺失数据。针对现有冻融判别算法对积雪覆盖地区的判别精度较低的问题，可采用数据同化的方法，或者从积雪辐射和冻土介电模型出发，对算法进行优化来提高判别精度。此外，SMAP冻融产品时序较短，在未来研究中可联合SMOS卫星扩展冻融产品的时间序列。

基于MODIS温度产品，着重分析了2000—2020年格陵兰冰盖夏季表面温度和表面融化范围的年际变化趋势；联合IMBIE（冰盖物质平衡对比实验）数据分析表面温度对于冰盖物质平衡的影响；进一步讨论了大气环流对于格陵兰冰盖表面温度变化的影响。结果表明：格陵兰冰盖夏季表面温度和融化范围趋势较为一致，2000年初期呈现出显著的上升趋势，2012年达到峰值，随后波动下降；整个研究阶段北部区域是增温速率最大的区域，高于其他任何区域两倍，东南部和西南部是温度最高的区域却具有最小的增长率；格陵兰冰盖夏季表面温度、融化范围以及物质平衡之间都具有显著的相关性，同时格陵兰冰盖夏季表面温度每上升1 ℃，会导致其物质损失增加74.29 Gt·a^-1；最后，经过对北大西洋涛动（NAO）和格陵兰阻塞指数（GBI）指数的分析得到，格陵兰冰盖夏季表面温度受到GBI的影响要强于NAO的影响，冰盖夏季表面温度和NAO呈现出负相关（r=-0.64，P<0.05），和GBI呈现出正相关（r=0.77，P<0.05）。

根据2021年1月在青藏高原东南和西南部所采集的73个积雪样，通过测定积雪中氢氧稳定同位素和可溶性无机离子，结合主成分分析和Hysplit后向轨迹分析，揭示了干季氢氧稳定同位素（δD和δ¹⁸O）分馏特征及水汽迁移对积雪剖面化学组分变化的影响，讨论了氢氧稳定同位素与气候的关系和可溶性无机离子组成及来源。结果表明：整个研究区积雪大气水线为δD=7.86δ¹⁸O+11.8（R²=0.95），接近拉萨冬季大气水线，且东南部大气水线斜率和截距略低于西南部；δD和δ¹⁸O波动分别介于-178.11‰~ -68.07‰和-23.80‰~-9.61‰，d-excess值波动范围为11.03‰~23.49‰，表现为冬季δD、δ¹⁸O低值，高d-excess值；雪坑表层相对富集重同位素，同位素值高于下层雪样，且积雪内部的水汽迁移使得分层雪样的δD和δ¹⁸O关系曲线的斜率出现差异；主要可溶性无机离子浓度序列为Ca²⁺>SO₄^2->Na⁺>NO₃^->Cl^->K⁺>Mg²⁺>NH₄⁺，其中Ca²⁺（42.47%）、SO₄^2-（23.53%）分别在阳、阴离子中占比最大，且东南部离子浓度平均值高于西南部；主成分分析结果显示，陆源是积雪中离子的主要来源，NH₄⁺和部分NO₃^-与人类活动有关；后向气团轨迹显示，水汽来源与高空西风环流控制的水汽输送有关，且离子大多为冬季西风所携带的陆源矿物粉尘。

不同气象条件对青藏高原土壤含水量与土壤温度具有重要影响，采用土壤水热耦合模型模拟青藏高原季节冻土区土壤水分、温度的变化特征是反映冻融作用下土壤水循环过程的重要手段。研究针对青藏高原不同气象条件下典型季节冻土区土壤温湿度特征差异性的关键问题，采用土壤水热耦合模型SHAW及三种土壤水分特征曲线模型对玛曲、那曲、狮泉河地区2017—2018年土壤温湿度变化特征进行模拟，分析不同气象条件下土壤温湿度模拟效果及变化特征，研究不同土壤水分特征曲线模型对模拟效果的影响。结果表明：SHAW模型能较好地模拟不同气象条件下土壤温湿度随时间的变化特征和垂向分布特征，土壤温度模拟效果好于土壤湿度，土壤温度的平均NSE、R²、RMSE分别为0.88、0.96和2.2 ℃，土壤湿度的平均NSE、R²、RMSE分别为0.60、0.72和0.03 m³·m^-3；从不同气象条件来看，干旱区的土壤温度模拟效果显著优于湿润区，而湿润区的土壤水分模拟效果显著优于干旱区；从不同深度来看，土壤温度模拟效果随深度增加逐渐降低，而在半湿润区中下层土壤水分模拟效果好于表层；从不同水分特征曲线模型来看，采用不同土壤水分特征曲线模型对土壤温度模拟效果无显著影响，而在土壤水分模拟效果上存在显著差异性；此外，不同冻融阶段土壤温湿度模拟效果存在较大差异性和不确定性。研究结果可为揭示冻融条件下土壤温湿度变化规律提供参考。

青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域，被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩，融水释放成为冰川径流，使得下游河川径流发生重大变化，给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候，加上冰川水文过程内在的复杂性，使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法：直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法，其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区，前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明，自20世纪90年代以来，冰川径流普遍呈现上升趋势，但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响，存在显著的空间差异；总体来看，位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面，除部分冰储量较大的西风区流域（塔里木河、印度河）外，第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约，对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性，未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性，进而为该地区水资源利用与管理和防洪减灾工作提供科学依据。

2005年为喜马拉雅山中段的暖干年，夏季气温为历年最高。本文利用2005年珠穆朗玛峰绒布冰川下游水文观测资料及附近定日气象站资料、羊卓雍湖卡鲁雄曲冰川流域水文资料及附近浪卡子站气象资料，分析了两个流域的融水过程，建立冰雪消融数值模型，并进行了对比研究。结果表明：统计相关得到两流域气温和降水高度相关性（r>0.8），说明在区域尺度上两个地区的气候过程相似。绒布冰川消融强度比卡鲁雄曲冰川约大2倍，冰川退缩速率二者也差2.5倍，说明用冰川消融气温估计的水量损失基本反映两地冰川变化的事实。本文提出的冰雪融水模型，可以用于两个冰川区之间广大无资料冰川流域融水及冰川变化的估计，以及恢复珠穆朗玛和喜马拉雅山脉其他地区的长期水文过程及水资源变化的计算。

冰盖数值模拟是一种基于多源观测数据，通过构建并求解冰流动力学方程组，理解冰流运动物理机制以及诊断和预估其演化过程的方法，目前已被广泛应用于冰盖变化研究。本文简要介绍了极地冰盖数值模拟方法，归纳综述了近十余年我国学者在极地冰盖数值模拟方面的研究进展，厘清我国在冰盖数值模拟领域遇到的瓶颈和关键问题。阐述了如何与我国的极地冰盖科考优势区域深度结合，协同多源强化观测和数值模拟，研发和改进冰盖模式，提高冰盖模拟能力，对定量估算极地冰盖的物质平衡及其对未来海平面上升的影响做出实质贡献。通过逐步发展冰盖模式的研究能力，有望将来在冰盖关键动力过程和机制的科学认识上有所突破。

极寒天气对大兴安岭地区冬季生产生活有重要影响。本文利用大兴安岭地区1974—2021年极寒天气时地面观测站日最低气温数据，月环流指数资料，采用气候统计方法，分析极寒日数和极端最低气温的时空分布及变化特征；用Mann-Kendall方法、Morlet小波分析检验极寒日数和极端最低气温的突变和周期；用经验频率方法计算极端最低气温的重现期；采用相关法分析对极寒日数有显著影响的环流因子。结果表明：（1）大兴安岭地区极寒日数空间分布不均匀，由西北向南逐渐减少，极寒日数最多是呼中717 d，最少是加格达奇29 d，全区极寒日数在1979年发生突变，突变后年平均极寒日数比突变前减少14.2 d，年极寒日数存在2~4年显著周期；（2）全区极端最低气温在1990年发生突变，突变之前极端最低气温偏低，之后开始上升，年极端最低气温的显著周期是4~5年，极端最低气温-49.6 ℃，出现在漠河，其次是呼中-49.2 ℃；两年一遇、五年一遇、十年一遇的极端最低气温出现在呼中，二十年一遇、五十年一遇、百年一遇的极端最低气温出现在漠河；（3）斯堪的纳维亚遥相关型与大兴安岭地区冬季（12月和次年1、2月）极寒日数相关性很好，呈正向增长的环流模态，对大兴安岭地区冬季的极寒天气变化影响较大。

叶尔羌河流域冰湖溃决洪水致灾严重，在全球变暖背景下建立完善冰湖溃决洪水数据库，掌握其变化规律是开展冰湖研究和洪水危险性评估、风险管理的基础。基于水文径流数据、科考资料及洪水灾情资料，建立了1961—2021年叶尔羌河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水数据库，利用线性趋势、R/S分析、累积距平、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法分析了冰湖溃决洪水的频次、洪峰流量变化特征，基于多概率分布函数估算了不同重现期情景下的洪峰流量并对其进行了危险性评估。结果表明：叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水出现频次和洪峰流量在月分布上均呈单峰型，8—9月溃决洪水风险全年最高。1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次线性变化趋势不明显，呈现高、低交替变化的年代振荡特征，洪峰流量则呈现显著线性减少趋势，其减少速率为15.5 m³·s^-1·a^-1，对于洪水资源化利用而言利大于弊。对于19 a准周期，短期内克亚吉尔冰湖溃决洪水发生频次处于低位，风险较低，并将持续下降到2027年左右，此后进入下一个上升阶段。虽然21世纪初受全球气候变化影响，克亚吉尔冰湖溃决洪水出现短暂的高频期，但这仍不能改变其振荡减少为主的长期变化特征。克亚吉尔冰湖溃决洪水在5 a一遇重现期情景下有一定的致灾风险，10 a及以上不同重现期情景下致灾风险极高。建议后期加强对叶尔羌河克亚吉尔冰湖的动态监测、风险评估以及冰湖溃决突发洪水机理研究，加快水利工程建设力度，趋利避害、提高流域防洪减灾能力。

坡向差异导致不同坡面近地表水、热及能量平衡过程存在较大差异，进而影响了土壤环境及高寒植物的生长。基于青藏高原花石峡冻土观测基地建设的具有八个坡向的工程实体（简称八棱台），在6年后进行现场测量和实验测试，研究了坡向对青藏高原高寒植被生长环境及特性的影响。结果表明：各坡面近地表（10 cm和30 cm深度）土壤温度由高到低为：南坡>东南坡>西南坡>西坡>东坡>西北坡>东北坡>北坡，即相对朝阳坡面（东、东南、南和西南）温度明显高于相对背阳坡面（西、西北、北和东北）温度。而0~30 cm深度的土壤含水量朝阳坡面与背阳坡面之间差异不明显。地上植被长势（包括株高、覆盖度和地上生物量）朝阳坡面优于背阳坡面；地下植被长势（包括根深和地下生物量）朝阳坡面劣于背阳坡面。0~10 cm深度土壤有机碳和全氮含量基本是朝阳坡面高于背阳坡面；全磷含量朝阳坡面小于背阳坡面；各坡面之间全钾及速效养分的差异不显著（P>0.05）。总体来看，高寒地区温度对植被生长及养分分布的影响更为显著。研究结果为不同坡向植被修复和能量平衡研究提供了参考资料。

入湖冰川受冰湖作用影响，物质损失速率高于其他类型冰川，并导致冰湖进一步扩张，冰湖溃决风险增加。建立入湖冰川物质变化序列，对揭示不同类型冰川对气候变化的响应特征，以及评估冰湖溃决风险研究具有重要意义。基于中国地面气象要素驱动数据集和实测气象数据，采用冰川表面能量-物质平衡模型估算了冰川表面物质变化，并结合冰川流动和末端退缩特征，重建了1989—2018年龙巴萨巴冰川物质变化序列。结果表明，近30 a龙巴萨巴冰川总物质损失为0.315 km³ w.e.，平均物质变化速率为-0.114 km³ w.e.?a^-1。冰川平均表面物质平衡为-0.26 m w.e.?a^-1，表面消融是冰川物质亏损的主要贡献因素。气温变化对冰川表面物质损失的影响高于降水；冰川表面物质平衡对夏季气温和降水变化的敏感性强于其他季节；表碛覆盖加速了冰川表面消融，且较薄的表碛厚度会加剧冰川表面物质损失。

积雪作为干旱区的重要水源，深刻影响区域水资源及经济发展。决定积雪量的积雪深度、积雪面积和积雪密度在时空分布上存在不确定性，尤其是积雪密度难以获取。本文利用FY-3B/MWRI（Fengyun 3B Microwave Radiation Imager）数据反演积雪密度，结合1979—2020年长时间序列遥感雪深数据集，对天山地区40多年来积雪期（11月—次年3月）及其不同时期（积累期、稳定期、消融期）的积雪量进行估算，并分析其时空分布及与地形、气象等因子之间的关系。结果表明：1979—2020年，天山地区积雪期不同时期积雪量存在差异，稳定期积雪量最大，消融期次之，积累期最小。研究时段内，积雪期积雪量最大值出现在1979年，最小值出现在1998年，积雪期积雪量呈微弱的下降趋势，消融期积雪量下降趋势显著。多年平均积雪量空间格局与积雪深度和积雪密度基本一致，主要呈现为西北多东南少的特点。天山地区积雪量空间分布主要受海拔、坡度影响，积雪量与海拔正相关，海拔越高，积雪量越丰富；在15°以下时，坡度对积雪的影响较大，且坡度越大，积雪量越大。不同时期积雪量的多年变化与气温关系密切，在一定温度范围内，气温越低，积雪量越大；稳定期积雪量变化同时受积累期降水影响，积累期降水越多，稳定期积雪量越大。本文基于遥感积雪深度和密度的天山积雪量研究结果，可供气候变化条件下新疆水资源利用和经济发展参考。

基于新疆天山西部46个表土样品花粉谱特征，结合植物群落样方调查结果，分析了该区域表土花粉与现代气候和植被分布的对应关系。结果表明：天山西部表土花粉组合与现代植被分布相一致，聚类分析结果将研究区分为3个植被带，按海拔由高到低分别对应山地草原带、荒漠植被带和典型荒漠带，总体上该地区表土花粉组合大致能反映当地植被的主要特征，但某些花粉类型百分比与相关植物盖度存在明显差异；乔木植物中云杉属和松属花粉，灌木植物中麻黄属花粉，以及草本植物中藜科和蒿属花粉因受到自然风力、水流、自身花粉产量的影响，表现出明显的超代表性；灌木植物中的蔷薇科花粉和草本植物中的禾本科花粉在以其自身为优势种的现代植物群落中呈现低代表性。蒿属与藜科花粉百分含量的比值（A/C）可以将荒漠带、山地草原带区分开，很好地反映干湿程度。但在利用这个指标进行气候环境重建时，需要结合花粉组合特征以及植被组成和其他因素的影响进行判别。海拔、年平均降水量以及年平均气温共同影响该地区表土花粉组合分布。