冰芯是重建过去气候环境变化的良好载体，高时间分辨率冰芯信息的提取依赖于冰芯准确定年。本文结合人工定年与基于隐马尔科夫模型的年层自动识别算法，在青藏高原的作求普冰芯、达索普冰芯和阿尼玛卿冰芯上进行了测试、验证与分析。在约束参考层、同步其他冰芯记录及审核复盘时，该方法在一定程度上减少了人工逐层识别的时间，并能通过算法自动推断年层所在位置及提供误差范围。首先，由人工提供一套基础定年模板及约束点，随后基于算法学习模板，计算冰芯代理变量的准周期性的循环，找到目标段落并探究其年层存在的可能性，通过前向-后向算法寻找所有可能的年层点位，并通过最大似然法从中选出最优解。在年层自动识别算法辅助下的作求普、达索普冰芯上部δ18O定年结果与已知年表的累计误差小于2 a（3%），具有较好的一致性。进一步将此方法应用于阿尼玛卿冰芯上部的定年，得出该算法与人工定年在e1［2.07，4.47］、e2［8.31，9.71］部分存在1~2 a的差异。再经污化层校正，冰芯56.48 m处的定年结果为74 a，误差范围±3 a。本文设计的方法结合了人工判定年层的优势与算法的标准化分层处理能力，降低了在年代校正过程中的人工参与，可为未来青藏高原地区高分辨率冰芯数年层方法定年的误差量化研究提供科学参考。
帕米尔高原是亚洲高山区最大的冰川作用中心，其冰川融水在区域水资源与水循环中发挥关键作用。然而，近年来对帕米尔高原冰川变化的认识仍存在争议，一方面认为喀喇昆仑-帕米尔高原冰川存在异常前进现象，另一方面认为帕米尔冰川正在加剧退缩。究其原因，一是研究时空范围不重合，二是研究中对冰川的定义有所不同。为明晰帕米尔高原无表碛覆盖冰川近30年来的时空变化情况，本研究基于Google Earth Engine（GEE）平台，利用Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI遥感影像数据，消除掉云层遮蔽、季节性积雪和冰川表碛覆盖对无表碛覆盖冰川面积的影响，获取了帕米尔高原1990—2020年期间无表碛覆盖冰川时空变化特征。结果显示，在过去30年帕米尔高原无表碛覆盖冰川面积以116.42 km2·a-1的速率由（12 108.98±250.38） km2缩减到（8 616.44±7.72） km2。在空间上，帕米尔高原西部无表碛覆盖冰川面积总体上呈退缩趋势，而帕米尔东部无表碛覆盖冰川面积则相对稳定。特别是在2000—2010年期间，帕米尔东部无表碛覆盖冰川面积存在异常增加现象，但自2010年，冰川面积退缩加速，冰川末端前进现象已不存在。结合气候及冰川高程变化分析，冰川跃动引起的冰川厚度减薄、冰川末端前进，是1990—2010年间帕米尔高原冰川异常前进的主要原因。
湖冰的变化是区域乃至全球气候变化的敏感指示器。已有研究大多关注于湖冰的物候，或表层冻结的类型，而对其纵向的类型（浮冰和触底冰）关注相对较少。相对于浮冰，触底冰能够在整个封冻期对湖底基质提供0 ℃以下的保护环境，延滞湖底冻土融区的发育及碳排放等，因此，准确识别和分类浮冰和触底冰对于冰冻圈多个领域的研究均有重要意义。星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）为大范围识别和周期性监测湖冰类型及其变化提供了先进的手段。近年来，随着遥感技术特别是合成孔径雷达技术的进一步发展，遥感数据的种类日益多样化，时空分辨率显著提高，给湖冰研究带来了新的机遇和挑战。目前，对湖冰的遥感研究大多集中在湖冰的物候或厚度上，而对湖冰的纵向发育（能否触底）关注较少。到目前为止，还没有关于利用合成孔径雷达遥感识别触底湖冰的文献综述。因此，有必要全面系统地回顾该领域的研究进展，总结取得的成就，找出存在的问题和挑战，进一步推动SAR数据在快速湖冰监测中的应用，为相关的气候变化和湖泊生态研究提供支持。本文对SAR遥感识别触底冰和浮冰的相关研究进行了全面综述，阐明其识别的基本原理和常用的方法，并梳理了湖冰类型识别对相关研究的支撑作用和指示意义。研究表明：（1）浮冰的后向散射增强主要由冰水界面的高粗糙度和气泡导致，但在不同的波长下，两者分别能够产生的后向散射增量仍有待进一步研究；（2）识别方法从阈值法逐步发展到面向对象分割、时间序列聚类，以及机器学习等，然而，识别精度仍受冰面融水、积雪覆盖、湖泊边界精度等因素影响；（3）触底湖冰的产生能够体现封冻期湖冰的纵向发育过程，因此可以反映冰厚对气候变化的响应，以及触底湖冰对不同深度湖泊底部冻土层的影响，这对气候、生态，以及淡水资源研究等具有指示意义。
近年来黄土区强震和极端天气诱发的典型滑坡-泥流灾害链事件呈多发态势，链式地质灾害较单一灾害隐蔽性更强、波及范围更大、破坏程度更高、损失更严重，因此链式地质灾害防控研究一直是防灾减灾的热点和难点。2023年12月18日23时59分，甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级地震，震源深度10 km，已造成151人死亡。此次强震诱发青海省民和县中川乡草滩村—金田村滑坡-泥流链式灾害，共造成20人死亡，灾害链致死率占地震遇难总人数的13.5%。灾后通过遥感影像处理解译、文献资料整理甄别、无人机摄影航测、野外详细勘查访问、现场采样分析测试等手段方法，对滑坡-泥流链式灾害开展了较全面系统研究，恢复和重现滑坡-泥流灾害链的启动-滑动-流动-堆积过程，探讨提出“滑源区地表冻结阻隔滞水效应、滑源区沟谷整平回填滞水效应、滑源区台地灌溉渗流饱水效应、滑源区振动液化筛选启动效应、滑源区漏斗收口增速启动效应、流通区土体差异流动分选效应、流通区沟岸坍塌补给增流效应、流通区沟底冰封饱水加速效应、堆积区上游渗水补给增程效应”等9大联动耦合致灾效应。该研究可为链式地质灾害的形成机理与防控提供科学参考。
乃钦康桑地区是藏南山地极高海拔冰川的主要分布区之一，毗邻拉萨至日喀则349国道，区内冰川现状与变化受到广泛关注，从区域尺度评估该地区冰川变化对于指导当地冰川开发、监测与保护具有重要意义。基于历史时期遥感影像，利用波段比值与目视解译法提取了乃钦康桑地区1976—2022年的冰川边界，整体分析了乃钦康桑冰川的面积、运动与厚度变化特征，并选取区域内三条典型冰川进行详细分析。结合区域气候、地形和冰川表面反照率等因素，解释冰川变化的原因。结果表明，1976—2022年，乃钦康桑地区冰川面积共减少（17.88±6.75） km2，占1976年冰川面积的（17.63±6.70）%。不同规模冰川的数量与面积变化具有较为显著的差异，地形特征也影响冰川变化的异质性。2000—2019年，乃钦康桑地区冰川厚度平均减薄速率为0.26 m·a-1，冰川减薄主要发生在2000—2004年。近年来，区域冰川的减薄量与减薄范围均呈减小趋势。1988—2018年，乃钦康桑地区约62%的冰川覆盖区域呈减速趋势。而区域内8条冰川显著增速，地形是冰川加速运动的主要驱动因素，而高海拔区液态降水的增加可能是增速的主要原因。1968—2022年，三条典型冰川均呈退缩状态，但不同时期冰川的退缩、减薄及流速变化具有差异。乃钦康桑地区过去20~30年的升温是导致冰川退缩的主要原因，地形影响了区域冰川的退缩、减薄与流速变化，同时冰川表面反照率的降低也是促使冰川消融的原因之一。
铁（Fe）是生物生命活动必需的营养元素，也是高营养盐低叶绿素海域浮游生物生长的重要限制因子。随着冰川加速消融，融水冲刷和冰岩磨蚀作用增强，化学风化速率升高，促使更多Fe元素从基岩转移到融水中。冰川向下游输送了大量生物活性Fe，影响水生生态系统初级生产力，进而影响碳循环并反馈气候系统演化。冰川融水中Fe生物地球化学循环已成为冰冻圈与全球变化领域的研究热点。尽管已经取得一些进展，但在时间和空间尺度上还存在较大不足，尚不清楚融水中Fe的空间变化和输移过程。通过回顾冰川融水Fe浓度和通量及其稳定同位素比率（δ56Fe）的研究成果，分析了Fe及δ56Fe的空间变化特征，量化了区域及全球冰川Fe释放速率，发现融水中Fe浓度具有季节性变化，且受基岩岩性和径流量等因素影响，而融水的Fe通量主要受流量影响。未来应加强冰川融水Fe时空演变过程研究，解析其来源和输移规律，关注可被生物利用的Fe，全面深入认识冰川环境中Fe循环过程及其生态和气候效应。
偏移量追踪技术不易失相关，是利用光学与SAR卫星影像监测冰川流速的主要手段。该技术通过互相关方法获得像素级偏移量，并通过插值算法达到亚像素级别。实地测量冰川流速不易获取，难以用于验证亚像素级算法精度，因此本文采用图像处理方法对其精度进行分析。本研究以格陵兰Petermann和Kangerlussuaq冰川为例，通过模拟实验设定偏移量场并生成模拟的偏移影像，将COSI-Corr、autoRIFT和ImGRAFT等偏移量追踪软件得到的结果与设定偏移量场对比，而后使用三次函数拟合判断是否存在系统误差，并通过拟合函数的反函数对其进行校正。结果表明COSI-Corr软件的偏移结果的亚像素级系统误差较小，而autoRIFT和ImGRAFT存在一定的亚像素级系统误差且与实验区无关。autoRIFT的亚像素级系统偏差最大，校正后其单方向RMSE平均提升了0.0054 pixels（px），提升率约为11%；而ImGRAFT（CCF-O）和ImGRAFT（NCC）的单方向RMSE平均分别提升了0.0014 px和0.0012 px，提升率较小。经校正后，autoRIFT精度最优，Petermann和Kangerlussuaq冰川区域的单方向综合精度分别为0.04 px和0.12 px；ImGRAFT（CCF-O）表现次之，不同实验条件下的单方向精度约为0.08 px；ImGRAFT （NCC）较差，Petermann和Kangerlussuaq冰川区域的单方向综合精度分别约为0.09 px和0.12 px。
粒雪密实化过程在冰川物质平衡监测和冰芯古气候记录分析等冰川学研究中具有重要作用，近年来国内外学者在极地冰盖开展了大量工作并建立出一系列粒雪密实化模型。本文将典型的极地冰盖粒雪密实化模型分为经验模型（包括半经验模型）和物理模型两大类，综合分析和讨论了两类模型的建模机理、发展现状及不足之处。经验模型关注粒雪柱在密实化过程中的宏观演变，利用实测的粒雪深度-密度数据建立密实化速率方程。目前，该类模型主要研究了温度、积累率、融水渗透和再冻结过程对密实化速率的影响。物理模型聚焦于粒雪晶粒在密实化过程中的微观结构变化，利用晶界滑移、幂律蠕变和晶格扩散等物理机制解释晶粒的生长变形过程。目前，新雪-粒雪转化过程的研究主要基于晶界滑移理论，粒雪-冰川冰转化过程的研究主要基于球形粉末的压力烧结理论。总体而言，极地冰盖粒雪密实化过程的研究在过去几十年取得了长足的发展，但由于粒雪微观结构及其与宏观演变联系的认知匮乏，经验模型缺乏完善的湿粒雪密实化理论，且将稳态假设直接推广到瞬态情景存在一定问题；物理模型由于粒雪密实化的物理机制尚不明确，难以精确刻画粒雪演变的整个物理过程。
春季融雪过程不仅能反映地域的物候特征，也是陆面过程与水文研究领域的关注重点。林地冠层及枝干遮盖是否影响到地表积雪的维持与消融，是一个值得关注的方面。近年来，小时级野外雪深自动观测站网的陆续组建与运行，为日尺度融雪动态过程及其空间差异性认识提供了条件。本文利用布设于内蒙古呼伦贝尔森林地带的5个野外雪深自动观测站，基于2021—2022年逐小时雪深与同步气温、地温等气象观测数据，分析了呼伦贝尔林区地表积雪的动态融雪规律及其主导因子。结果表明，呼伦贝尔林区冬季积雪可稳定维持约102~155天，大致在每年3月上旬进入融雪期。融雪过程一般约持续5~18天，并可区分为持续融雪与快速融雪两个阶段。当积雪深度<3 cm时，地面积雪覆盖进入迅速融化阶段，若当日10：00—20：00平均气温>0 ℃，林地积雪将在36小时内完全消融。融雪日变化呈现先平后急又缓的特征，最大融雪量出现在10：00—15：00，与草地相比出现时段明显推迟。热量条件是呼伦贝尔林区积雪消融的主要影响因素，以积雪为因变量研究时发现，14：00时0 cm地温是影响积雪消融过程与速率的主导因子。
选用1961—2020年新疆99个气象站气温、降水观测日资料，通过相关分析、线性趋势分析等方法，分析了新疆全年区域性强冷空气和寒潮的特征，并应用降水资料对新疆全年强冷空气和寒潮过程的干湿状况进行了识别。结果表明：（1）新疆区域性强冷空气和寒潮频次均有减少的趋势，在21世纪10年代更为显著，这种减少主要体现在秋季强冷空气与秋季寒潮频次的减少；（2）新疆寒潮在冬季3个月的发生频次较为接近；春季与秋季寒潮在11月最多，3月和4月次之；超强寒潮时间主要集中在冬季的12月和1月，强寒潮发生的频率则在2月最高；（3）新疆寒潮过程最低气温有所上升，降温幅度有所减小；过程平均降水量以及最大降水量自20世纪90年代以来较之前明显增加；新疆冬季区域性寒潮的降温幅度比春秋季区域性寒潮过程高1 ℃左右；（4）寒潮过程中最低气温和降水量最大中心基本出现在阿尔泰山及天山山区。新疆春秋季寒潮多为正常或干过程；冬季寒潮过程有76.4%为正常偏干，较湿和湿过程有85.7%集中在20世纪90年代以来。对寒潮过程干湿状况进行初步识别，有助于更全面地认识新疆寒潮的气候新特征，为防灾减灾服务；（5）冬季北疆及天山大多数站点是72 h达到寒潮标准，而南疆则更多是在24 h达到寒潮标准。
积雪作为重要的地表覆盖类型，其变化对当地的水文环境、物候变化均有重要的反馈和调节作用。基于1961—2020年黑龙江省62个气象观测站逐日积雪深度观测资料，利用Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）、相关分析等方法分析了黑龙江省最大积雪深度时空变化特征及其与大气环流、气温和降雪量要素的关系。结果表明：1961—2020年黑龙江省年、冬季、春季和秋季平均最大积雪深度分别为16 cm、14 cm、10 cm和8 cm；其中年、冬季和春季最大积雪深度呈显著增加趋势，增加速率分别为1.40 cm⋅（10a）-1（P<0.01）、1.51 cm⋅（10a）-1（P<0.01）、0.76 cm⋅（10a）-1（P<0.05），秋季呈不显著增加趋势。1961—2020年黑龙江省年及各季节最大积雪深度均在20世纪末至21世纪初发生突变，突变后最大积雪深度均表现出年际变幅增大。黑龙江省最大积雪深度呈现出山地（大小兴安岭地区、完达山）大于平原（松嫩平原、三江平原）的空间分布特征，而变化速率为平原大于山地，其中松嫩平原最大积雪深度增速最明显。黑龙江省最大积雪深度存在东-西反向型、东南-西北反向型两种主要变化形式。气温、降雪量、北半球极涡强度、东亚槽强度均影响黑龙江省冬季最大积雪深度，其中降雪量和北半球极涡强度的影响大于气温和东亚槽强度的影响。随着气候变暖，气温和北半球极涡强度对冬季最大积雪深度的影响更加显著。
本文利用1956—2017年我国519个站点逐日气温资料，通过旋转经验正交函数分析方法得到了近62年我国冬季气温变化主要的区域空间模态，研究了其与大气环流的关系，并进一步使用2018—2023年上述站点冬季气温资料进行验证分析。结果表明，我国冬季气温变化有两个较为稳定的区域空间模态：第一模态主要表现为南方大部分地区出现异常低温，低温极值区位于华南和东南沿海区，称之为南方型；第二模态的气温异常信号主要集中在东北地区，称之为东北型。其中，南方型模态与赤道中太平洋的海温呈显著负相关关系，与东亚冬季风的“南北反向”模态呈显著正相关。当冬季赤道中太平洋海温异常偏冷时，东亚南部地区表现为强烈的低层偏北风距平，北方则无显著偏北风距平，造成南方大部分地区出现异常低温。冬季北极涛动与东北型低温模态有显著联系，当北极涛动呈负位相时，冷高压主要集中在极区，高压东侧盛行东北风，造成东北地区冬季气温异常偏低。近6年中，2018年与2021年冬季呈东北型低温模态，其关键环流系统接近北极涛动负位相，验证了该结论。
冻土路基的稳定性对于寒区公路与铁路的安全运营至关重要。为全面了解冻土路基领域的研究现状及发展趋势，利用知识图谱工具CiteSpace对中国知网和Web of Science数据库中冻土路基相关文献进行了可视化分析。检索时间范围为2000年1月1日—2023年8月31日，共纳入1 027篇中文文献和854篇英文文献。结果表明：自2000年以来，冻土路基研究的发文量总体呈增长趋势；从2017年开始，英文文献的发布数量逐渐超过中文文献，其中我国学者在国际期刊的发文量占到80%左右；国内研究机构之间合作较为密切，以中国科学院西北生态环境资源研究院和北京交通大学为核心的科研机构及院校在冻土路基的研究中起着主导作用，而国际机构间的合作还有待加强。关键词聚类与突现图谱表明，冻土路基的研究主要围绕多年冻土路基的稳定性、路基病害与补强措施、季节冻土路基的病害防治展开。近几年，冻土专家学者们聚焦于新型路基稳定措施，路基的水、汽迁移机理，以及高铁路基的冻胀防治研究，新材料、新技术及新结构不断被引入到冻土路基研究。未来随着新能源、材料学、人工智能、合成孔径雷达干涉测量（InSAR）等新一代技术与机械化的融合，冻土路基的稳定性补强措施和季节冻土路基的防冻胀措施会在提高效果的同时更加注重环保理念，冻土路基的施工、管理及监测也会不断向着数字化和智能化发展。
本文采用ASTM C1585-13水工混凝土毛细吸水标准试验方法，研究了冻融循环和再生混凝土粗骨料取代率（0%、20%、40%和60%）对再生混凝土（RAC）毛细吸水性能的影响，建立了冻融环境下RAC初期毛细吸水率的预测模型，并结合非饱和毛细理论，建立了RAC在不同冻融循环次数下相对含水量分布预测模型。结果表明：冻融环境相同时，RAC的累计吸水量和初期毛细吸水率随再生粗骨料取代率的增加而变大；再生粗骨料取代率相同时，RAC累计吸水量和初期毛细吸水率随冻融循环次数的增加而变大；从经济角度来看，40%掺量的RAC抗冻性能较优。经验证，通过回归分析建立的冻融损伤下RAC初期毛细吸水率预测模型，计算精度较高，可用于预测RAC的毛细吸水性能，为RAC的抗冻耐久性评价提供理论依据。
为了探究季节冻土区膨胀土渠道边坡浅层滑动机理，与多向冻结条件对比，对单向冻结方式的土样开展核磁共振（NMR）试验、磁共振成像（MRI）试验、室内直剪试验。研究了单向开放补水冻结条件下膨胀土含水率和孔隙率变化与力学特性之间的联系。结果表明：通过磁共振成像试验可以得到水分迁移后更准确的含水率分布曲线。多向冻结条件下，冻融作用使土体内大孔隙数量减少，中孔数量增多，且孔径普遍减小。而单向开放补水冻结条件下，由于冰透镜体特殊的生长方式，导致土体中大、中孔隙数量均有所增加，且集中在冰透镜体发育位置。单向冻结土体原位冻结区的抗剪强度与多向冻结土体抗剪强度大致相等，分凝冻结区土体抗剪强度低于原位冻结区，对内摩擦角影响较大。并结合黑龙江北部引嫩干渠滑坡的调研情况，得到春融期微薄层状构造冰透镜体发育导致土体抗剪强度降低是季节冻土区膨胀土渠道边坡失稳的主要原因。
由于周期性的冻融循环作用，中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害，常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向，鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低，尝试用煤气化粗渣改良季节冻土区黄土，以素黄土与单掺石灰改良黄土作为对比试验组，通过室内冻融循环试验、电镜扫描、CT扫描试验来探究在冻融循环条件下煤气化粗渣改良黄土的冻融特性及其微观机理，为季节冻土区黄土路基工程稳定性及煤气化渣资源化利用提出一些新的思考。试验结果表明：（1）经历1次与2次冻融循环后，单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率为0.02%与0.29%，融沉系数为0%与0.05%，素黄土、单掺4%石灰试验组的冻胀率分别为0.43%与0.63%、0.38%与0.42%，融沉系数分别为0.26%与0.22%、0%与0.13%，但在经历3次冻融循环后，单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率和融沉系数开始增大，5次冻融循环周期内的平均冻胀率和融沉系数分别为0.38%与0.17%，已接近甚至大于素黄土与单掺4%石灰试验组的数值。在前两次冻融循环周期内，平均冻胀率和融沉系数较素黄土组分别减小了70.8%和89.6%。（2）单掺15%煤气化粗渣试样各位置的温度梯度最小，其次是双掺煤气化粗渣与石灰试样，并且这两组试样正负温条件下的导热系数最小。（3）经过5次冻融循环后，单掺15%煤气化粗渣试样各高度的含水率最低。（4）单掺适量的煤气化粗渣在冻融循环的初期能明显地改善黄土的冻融特性，再掺入少量的石灰能使试样在冻融循环前后的孔隙率较素黄土分别降低41.5%与47.8%。总的来说，黄土中掺入煤气化粗渣在冻融循环次数少于3次时能改善黄土路基填料的寒区服役性，但其在更多次冻融循环条件下的冻融特性还需进一步研究。
在既定负温下冻土中未冻水和固相冰的动态关系与其初始含水率密切相关，冻土中未冻水含量的改变直接影响了其微观结构的变化，加强不同初始含水率下冻土的未冻水含量与微观结构的定量关系研究对于揭示冻土特殊的物理力学性质具有重要的意义。本文利用新型冷冻扫描电镜对既定负温不同初始含水率（11.8%、23.1%、32.2%、42.2%、54.1%、64.2%、74.8%）下的冻结黏土进行微观结构测试，揭示了不同初始含水率下冻土微观结构的演化特征。同时，利用核磁共振技术测试不同初始含水率和不同温度下冻土的未冻水含量变化过程，探讨了既定负温下初始含水率对冻土未冻水含量与其微结构之间的定量关系。研究结果表明：冻结黏土含水率在液限范围内，随着初始含水率的增加，孔隙结构由集合物间孔隙向粒间孔隙发育，含水率超过液限后，随着初始含水率增加，超集合物间孔隙开始发育，并且在同一负温条件下，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数和孔隙面积随之增大；对于高温冻土，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数随未冻水含量的增加而增加，对于低温冻土，孔隙分形维数随未冻水含量的减少而增加；最后，建立了不同试验条件下冻土微观结构与其未冻水含量的经验方程，为揭示冻土特殊物理力学特性提供理论基础。
近几十年随着全球气候变暖及人类活动的增强，冻土退化趋势显著，这一过程改变了寒区的水文地质条件，从而引起一系列的生态环境变化。热融湖塘是冻土退化的产物，其形成与发展又会引起冻土环境的改变，进而对全球气候变化产生影响。因此，针对多年冻土退化过程中日趋严重的热喀斯特现象，以及由此而产生的冻土融穿、地下水位改变、热融湖塘扩张等问题，对目前多年冻土区热融湖塘的水文变化研究现状进行分析整理。本文主要从以下五个方面展开了论述：（1）热融湖塘演化过程及主要影响因素分析；（2）热融湖塘水文过程时空变化规律及影响因素分析；（3）热融湖塘水量平衡过程研究及影响因素；（4）热融湖塘变化对区域水质的影响；（5）热融湖塘对碳循环的影响。最后，提出在后期研究中应基于同位素技术，充分考虑湖塘周边环境，并结合气候变化、多年冻土退化状况进行多因素分析，以期能为深入开展研究冻土退化背景下冻土水文过程、区域水资源演变以及对生态环境的影响提供参考依据。
气候与土地利用/覆被变化是驱动全球水文过程变化的重要因素，开展流域水文过程对气候和土地利用变化的响应研究对揭示区域水文及环境变化具有重要指示意义。本文以河西走廊杂木河流域为研究区，基于多源遥感影像、水文气象站点监测及再分析产品数据，采用SWAT模型、Mann-Kendall（M-K）趋势检验及土地利用动态度等方法，通过分离水文过程驱动因素，设置基准期、气候变化单一作用、土地利用变化单一作用、气候和土地利用变化共同作用等情景，比较分析了杂木河流域水文过程对气候与土地利用变化的响应特征及驱动机制。结果表明，1980—2014年，流域年降水、年平均气温、年径流均有所增加，增加速率依次为0.47 mm·a-1、0.067 ℃·a-1、1.43 mm·a-1。流域土地利用分布格局呈现空间异质性，主要土地利用类型为草地、林地及未利用土地。综合土地利用动态度为2.91%，单一土地利用动态度最高的为建设用地。土地利用变化单一作用情景下流域径流减少0.12 mm，气候变化单一作用情景、气候和土地利用变化共同作用情景下径流量分别增加6.27 mm、6.15 mm；各情景下蒸散发均有增加。气候变化对流域径流与蒸散发起主要驱动作用。未来应加强流域气候变化适应性的水资源管理，促进流域水资源的上中下游合理配置。
实时准确地预测中长期日径流对干旱半干旱地区水资源合理利用具有重要意义。针对长短期记忆网络（long short-term memory， LSTM）模型输入输出时间步长度相等、处理长序列遗忘多、无法按重要程度分配权重等不足，构建了一种基于注意力机制（attention mechanism， Attention）优化的LSTM-Seq2seq组合模型（LSTM-Seq2seq-Attention）。该模型将序列到序列模型（sequence to sequence， Seq2seq）中编码器、解码器设置为三层LSTM结构，并在解码器输出序列前引入注意力机制对模型进一步优化。为验证LSTM-Seq2seq-Attention模型的有效性，本研究以党河上游为研究区域，基于历史数据对流域未来1~7 d的日径流进行模拟预测；预测结果与传统的机器学习模型支持向量机（support vector machines， SVM）以及单一的LSTM模型预测结果进行了对比。结果表明：SVM、LSTM和LSTM-Seq2seq-Attention模型均可用于短期日径流预测；但相比之下，LSTM-Seq2seq-Attention模型在中长期日径流预测中的预测效果更突出。说明LSTM-Seq2seq-Attention模型较单一模型具备更强的预测能力，可作为干旱半干旱地区中长期日径流预测模拟的可靠工具。
祁连山是我国重要的生态安全屏障，其浅山区是连接高寒山区与绿洲平原的过渡地带，土壤水热变化显著影响该区生态系统与水文过程的相互作用。本文利用祁连山浅山区荒漠草地的观测资料，基于SHAW模型对土壤水热动态进行了模拟和分析，利用控制变量法量化了不同冻融阶段气温和降水变化对土壤温度和水分的影响。结果表明：模型模拟的各层土壤温度纳什效率系数（NSE）均大于0.95，且土层越深模拟效果越好，模型模拟的土壤水分总体上能反映土壤水分的动态变化和浅层土壤中降水的入渗过程。不同冻融阶段土壤水热分布的剖面特征差异明显，总体而言，土壤温度波动随深度逐渐变小，而土壤水分随深度逐渐升高，浅层土壤水热过程对气象要素变化更敏感。情景分析表明，气温每升高1.0 ℃，土壤冻结发展期、完全冻结期和融化发展期分别缩短1.4 d、0.8 d和2.2 d，表层和深层土壤温度分别升高0.6 ℃和0.1 ℃，土壤温度升高的幅度随深度减小。降水的变化对完全融化期0.20~1.20 m的土壤水分影响最显著，对融化发展期和冻结发展期的影响体现在0.20~0.60 m的浅层土壤，而对完全冻结期的土壤未冻水含量基本没有影响。研究结果可为气候变化背景下祁连山浅山区脆弱生态系统的稳定性维持提供参考。
河冰是冰冻圈的重要组成部分。在气候变暖背景下，对黑龙江省主要河流的封冻日期进行研究，可为该地区防凌减灾提供科学依据。本文基于1962—2020年黑龙江省水文观测站封冻日期观测资料，利用Mann-Kendall检验、相关分析方法，探讨了黑龙江省主要河流封冻日期在气象要素的影响下随时间变化的特征，并采用信息扩散理论、线性回归分析方法对封冻日期进行了模拟预测。结果表明，1962—2020年松花江哈尔滨站、嫩江江桥站、黑龙江黑河站和乌苏里江饶河站平均封冻日期在11月12—22日之间，分别在1970年、2005年、2000年、2012年发生突变。1962—2020年黑龙江省四大江的封冻日期均呈推迟趋势，其中江桥站、黑河站封冻日期表现为显著推迟趋势（P<0.05），59年来分别推迟了15 d、8 d，变化速率分别为2.46 d·（10a）-1、1.35 d·（10a）-1。处于纬度相对较高地区的江桥站、黑河站封冻日期主要受11月上旬平均气温、地表气温、最低气温影响，而纬度相对较低的哈尔滨站、饶河站主要受11月中旬平均气温、地表气温、最低气温影响。当负积温为-180 ℃时，出现封冻的概率达到80%~90%；当负积温达到-240 ℃时，基本全部冻结。本文基于平均气温、地表气温、最低气温等关键因子所构建的多元线性回归模型预报精度均在80%以上。
北极地区被认为是气候变化最为敏感的地区之一，苔原生态系统在北极生态系统中扮演着至关重要的角色。本研究利用生态位模型MaxEnt，基于物种分布点和环境数据，模拟阿拉斯加苔原植被六个优势种当前（1970—2000年）潜在分布，并预测2021—2040年SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5情景下的变化，根据各因子贡献率大小确定主导因素。研究结果表明：影响物种分布的最主要环境因子是温度，优势种适生区变化存在空间异质性。相较于当前气候，在2030年四种气候情景下，矮灌木优势种北极果面积均减小，地衣优势种鹿蕊和莎草优势种白毛羊胡子草总面积均增大。在低强迫情景（SSP1-2.6）下，北极果和匍匐矮灌木优势种仙女木适生区总面积增大，然而在中、中高和高辐射强迫情景下，全球变暖加剧，适生区面积减小。半匍匐矮灌木优势种四棱岩须和苔藓优势种塔藓在不同气候情景下适生区总面积无规律性变化，但低适生区面积均减小，向中、高适生区转移。同时，优势物种会向更高纬度和更高海拔地区移动。
探究全球气候变化背景下青藏高原草地净初级生产力的时空演变特征对青藏高原草地生态环境保护具有重要意义。本文以青藏高原为研究区域，基于DAYCENT模型模拟1978—2020年青藏高原草地净初级生产力（net primary productivity，NPP），探究其草地NPP时空变化特征，并利用Pearson相关系数和偏相关系数分析气候、地形因子对初级生产力的影响。结果表明：1978—2020年青藏高原NPP整体呈现上升趋势，NPP总量波动范围为4.51×105~5.77×105 Gg C·a-1，年平均值为499.83 g C·m-2。在空间分布上，青藏高原NPP整体呈现从东南向西北递减的趋势。高寒草甸作为青藏高原草地的主要植被类型，其NPP空间分布与青藏高原草地基本保持一致；高寒草原的空间分布则呈现出从东北向西南递减的趋势。在气候因素影响方面，气温是造成草地NPP增加的主要因子；在地形因素影响方面，海拔是影响NPP的主要因子。在地形组合因子对NPP的影响中，青藏高原NPP高值区主要集中在低海拔向阳面的缓坡地区，低值区主要位于高海拔背阴面的斜坡地区。在不同区域以及不同气候条件下，青藏高原草地NPP数值差异明显，低海拔向阳面更有利于草地NPP的增长。
磷是植物生长发育过程中必不可少的元素，探究大兴安岭多年冻土区凋落物输入变化对不同林龄白桦林土壤磷组分的影响，能够为气候变化条件下高纬度地区森林生态系统磷有效性及影响机制研究提供参考。本文选择大兴安岭多年冻土区不同林龄（30 a、45 a、66 a）白桦林为研究对象，于2021年10月分别进行了凋落物去除和凋落物加倍处理，在2022年8月进行取样，采用Hedley磷分级法对0~20 cm土层土壤磷组分及环境因子进行测定与分析，探究凋落物对多年冻土区森林土壤磷组分的影响。结果表明，凋落物加倍处理提高了3个林龄白桦林土壤活性磷和中等活性磷含量，其中30 a白桦林0~10 cm土层土壤H2O-Pi含量增加显著（P<0.05），3个林龄白桦林10~20 cm土层土壤NaHCO3-Pi含量均显著增加（P<0.05），30 a白桦林0~20 cm土层土壤NaOH-Pi含量显著增加（P<0.05）。而去除凋落物处理降低了3个林龄白桦林土壤活性磷和中等活性磷含量，其中，30 a和45 a白桦林各土层土壤NaOH-Pi含量显著下降（P<0.05），66 a白桦林0~20 cm土层土壤磷含量下降程度各不相同。凋落物处理对稳定态磷（HCl-Pi、HCl-Po、Residual-P）影响相对较小。冗余分析表明，30 a白桦林土壤磷组分主要受pH和可溶性有机碳的影响，45 a白桦林主要受pH和NO3--N的影响，而66 a白桦林主要受土壤含水率和可溶性有机碳的影响。凋落物输入增加会促进寒温带白桦林土壤磷的活性，提高土壤磷的有效性。因此，在白桦林经营管理过程中，要保护好凋落物。
风能资源的开发利用是实现“双碳”目标的重要途径。本研究利用1961—2022年逐日风速站点观测资料，选取涵盖七个共享社会经济路径的五个CMIP6气候模式1995—2100年逐日风速数据，构建了青海省1 km水平分辨率的风能资源数据库，并分析该地区1961—2022年、“碳达峰”（2026—2035年）和“碳中和”时期（2056—2065年）风能资源的时空变化趋势。研究发现：（1）1961—2022年，青海省10 m高度年平均风速为3.06 m·s-1，风电机轮毂高度所在的100 m高度有效风功率密度为125.14 W·m-2，风能可利用天数达167天，风能资源西多东少，柴达木盆地和唐古拉山脉一带尤其是布尔汗布达山脉西部风能资源最丰富；（2）青海省风能资源总体呈减少趋势，风速以2.08%·a-1的速率减小，有效高度风功率密度以1.40%·a-1的速率减少，风能可利用天数以0.88%·a-1的速率缩短；（3）2026—2035年和2056—2065年，青海省风速分别为2.52 m·s-1（2.39~2.63 m·s-1）和2.49 m·s-1（2.31~2.59 m·s-1），相较于历史时期，分别减小了3.53%（2.34%~5.24%）和5.71%（5.21%~6.53%），有效风功率密度为50.28 W·m-2（46.17~64.08 W·m-2）和47.75 W·m-2（38.89~54.79 W·m-2），降低了10.20%（6.69%~14.91%）和15.79%（14.72%~18.32%），风能可利用天数为114天（105~124天）和111天（99~120天），缩短了7.58%（2.44%~11.05%）和10.73%（8.39%~13.55%）；（4）2026—2035年和2056—2065年，相较于高辐射强迫情景（SSP3-7.0、SSP5-8.5），低辐射强迫情景（SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP4-3.4）下，青海省的风速可能高出1.75%和5.16%，风功率密度多5.23%和14.28%，风能可利用天数多3.32%和9.71%。总体而言，青海省西部特别是柴达木盆地和唐古拉山脉一带风能资源储量大、减幅小、降速低，存在较大开发利用潜力。本研究结果为风能资源开发提供理论依据，助推国家新能源产业高质量发展，践行绿色低碳理念。
冰川、积雪是冰冻圈的重要组成部分，冰下地形、冰雪浅层结构、积雪厚度探测对于水资源调查、冰雪灾害预警及全球海平面预测具有重要意义。冰雪探测雷达对冰川或积雪类半透明介质具有很好的穿透性，已成为冰冻圈领域重要的探测手段。雷达层析成像是一种透视冰雪三维成像的新技术，在冰厚、雪深、浅层结构等关键要素反演中应用前景广阔。本文首先介绍了基于冰雷达和合成孔径雷达（SAR）的三种层析成像技术的基本原理与方法，重点梳理了过去20年国内外地、空、天基平台的冰雪探测雷达层析成像系统及其应用研究进展，归纳分析了三种层析成像技术的特点与适用性，并对当前面临的挑战与发展趋势进行了讨论。本研究可为我国冰雪层析成像雷达系统研制、全球冰雪关键要素反演及月球或火星冰层探测提供参考。
冰川侵蚀与堆积地貌含有重要的古气候、古环境信息，是鉴别冰川作用范围和性质的标志，也是冰川动力学研究的基础。冰川地貌的表达研究经过150多年的发展，已经形成了较完备的冰川地貌制图方案，为冰川形成过程、冰川类型及冰川作用的动力学特征判断提供了重要依据。然而，冰川地貌专题图的专业性为古冰川重建和古环境研究提供支撑的同时，也提高了非专业人士的解读难度。以虚拟现实/增强现实地图、混合现实地图、微地图、语义地图和隐喻地图等的泛地图表达机制提供了更多维度的表达方案，在传统的空间几何维度的基础上增加了状态和读图者视角等维度，为冰川地貌表达提供了新的视角。本文使用虚拟现实（virtual reality，VR）技术构建了卡若拉冰川西沟的交互式三维冰川地貌场景，增加了三维、动态和读图者视角等表达维度。通过前期研究工作基础（沉积物特征、测年等工作）对场景内典型的冰川地貌进行标注，将前期冰川地貌的研究认识与VR场景进行较好的对应。该场景可以720°自由变换，包含末次冰盛期-晚冰期、早全新世、新冰期、小冰期和现代冰川共40个分场景，可以激发读图者的沉浸感、交互感和构想感。VR等技术对冰川地貌进行泛地图式的更多维度表达，可以为冰川地貌教学、科普及学术交流提供良好的交互式三维冰川地貌素材，也可以辅助读者更加准确地判别冰川遗迹和认知冰川发育条件。
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