青藏高原是亚洲十多条大江大河的发源地，被称为“亚洲水塔”。随着全球变暖加剧，青藏高原极端水文和气象事件频发。然而，其复杂的气候和下垫面（冰川、积雪、和冻土等）特征，限制了对该地区极端径流对极端降水响应关系的理解。本文以青藏高原南部的雅鲁藏布江流域为例，利用逐日降水和径流数据，通过改进极端径流阈值法，并结合相关分析等方法，研究了不同发生概率下极端径流与极端降水之间的关系。研究结果表明：（1）雅鲁藏布江流域的极端径流事件通常持续1~2天，且随着发生概率的减小，事件持续时间相应缩短。（2）发生概率为10%、5%和1%的极端径流与极端降水的相关系数在0.07~0.28之间（P<0.01），且随着极端降水发生概率的增加，两者之间的响应关系逐渐加强。（3）在奴下水文站，极端径流对该水文站以上雅鲁藏布江流域极端降水的响应强度最大，而对奴下气象站和林芝气象站的响应相对较弱，同时，最高响应时间滞后一天。此外，极端径流对极端降水的响应关系也受到流域湿润程度、植被状况和土壤湿度等因素影响。本文改进的极端径流识别方法能够有效捕捉雅鲁藏布江流域受极端降水影响的极端径流事件，提高了径流组分复杂的高寒流域极端径流对极端降水响应关系的理解。与此同时，该研究还能够为气候变暖背景下雅鲁藏布江流域的水资源管理和区域经济发展提供重要的理论支撑和科学指导。

水文过程的准确模拟和预估对青藏高原水资源的管理和保护具有重要意义。然而，国家气象观测站点非常有限且分布不均，对高原地区水文过程的准确模拟带来很大挑战，因此利用多源降水资料是提高模拟精度的有效手段。本研究以青藏高原北部的格尔木河流域为例，使用VIC-CAS模型，以ERA5、WorldClim及TPHiPr三种降水产品的多年月平均降水量为背景场，利用气象站点观测数据进行插值得到气象驱动场，对格尔木河流域径流过程进行模拟与分析，并利用降尺度后的CMIP6气候模式数据对流域未来径流进行了预估。结果表明：以ERA5的多年月平均降水量作为协变量，并使用TPS插值法得到的气象驱动所模拟的效果最好，率定期和验证期的纳什效率系数（NSE）分别为0.71和0.70。格尔木河流域冰川融水与积雪融水对年径流量的贡献分别约为14.9%和32.5%。1971—2019年在年降水量缓慢增加及气温上升趋势显著的背景下，融雪径流和冰川径流的增加速率分别为0.28×10⁸ m³⋅（10a）^-1和0.03×10⁸ m³⋅（10a）^-1，年径流以0.54×10⁸ m³⋅（10a）^-1的速率增加，融雪径流增加贡献率超过50%。预估格尔木河流域2025—2100年在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下年均径流量分别为10.92×10⁸ m³和11.51×10⁸ m³，增加速率分别为0.38×10⁸ m³⋅（10a）^-1和0.51×10⁸ m³⋅（10a）^-1；预估在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，未来时期融雪径流与冰川径流均于21世纪20年代和30年代相继达到拐点，到21世纪末期出现大幅减少。本研究对青藏高原其他观测资料缺乏地区的径流模拟也具有一定的借鉴价值。

青藏高原及周边山地现代冰川外围新鲜无风化的冰川地形多为小冰期结束后冰川退缩所成，这些地形包含有近几十年至上百年的气候环境变化信息，对它们进行研究有望揭示10¹年时间尺度上的冰川波动并探讨其驱动机制。本文尝试应用原生宇宙成因核素¹⁰Be暴露测年技术对青藏高原腹地，唐古拉山西段各拉丹冬峰地区的岗加曲巴冰川外围的现代冰川地形进行年代测定。测得1969年冰川退缩后出露的基岩磨光面的年龄为（11 076±688） a （G19-01）；1969年至小冰期冰碛垄间底碛中5个花岗岩漂砾（G19-02~06）的年龄分别为（125±15） a、（65±13） a、（86±13） a、（96±15） a、（104±15） a。测年结果显示冰川磨光面的年龄与地貌关系明显不符，推测是基岩表层侵蚀量不足，未能有效去除先前累积的核素所致；漂砾的测年结果与地貌关系基本相吻合。本研究表明，在¹⁰Be产率较高的高原山地，若能采集到基本未受核素继承影响的漂砾，增加纯石英的使用量可测定近百年来所成的现代冰川地形的年龄。本文测得的¹⁰Be年龄进一步表明该测年技术具有细化10¹年时间尺度上冰川波动的潜在应用前景和弥补青藏高原腹地气候环境变化器测记录和代用指标的不足，对高海拔地区年轻地貌体的年代测定研究也有一定的借鉴意义。

在全球气候变暖的大背景和人类活动产生的增温效应影响下，青藏高原多年冻土加速退化，致使热融滑塌频发。这一现象不仅直接影响区域生态环境，还对工程建筑物的稳定性造成潜在威胁。本文旨在通过综述青藏高原多年冻土区热融滑塌的研究进展，概括热融滑塌的形成机理、提取方法、发育特征、影响机理及其对环境和工程的影响等，以期为热融灾害防治和气候变化评估预测提供科学依据。总结得出：热融滑塌的形成是多种复杂因子作用并长期积累的结果，常造成溯源侵蚀。其发育形状各异，以长条形、支岔形、多头舌为主。热融滑塌在空间上呈不均匀分布，集中在青藏工程走廊。其空间分布主要受地形与冻土条件影响。此外，热融滑塌会改变土壤结构和理化过程，对区域碳循环产生影响，进而增加全球或区域性的温室气体排放。监测热融滑塌通常采用高空间分辨率遥感影像解译与无人机实地验证相结合的方式。目前研究中多结合Planet Cube Sat影像与深度学习算法，实现对大范围冻土区热融滑塌的自动识别与制图。Deep Lab V3+等深度学习模型在未来大范围热融滑塌研究中有很好的应用前景。随着我国青藏高原地区工程建设和生态环境保护的需求增长，探究热融滑塌的形成机理、发育特征、影响机理及其对环境和工程的影响，可为青藏高原工程规划、热融灾害防治、环境保护提供理论基础和科学依据。

黑龙江省是我国北方典型的严寒地区，冰雪分布对该地区社会和经济发展有重大影响。在MODIS、统计数据和气象站数据的基础上，基于功能量法，利用市场价值法、替代成本法、生态贡献度等方法，对黑龙江省2012—2022年冰雪生态系统服务价值时空演变进行了研究。结果表明：10年间黑龙江省积雪面积整体上呈增加态势，由2012年的108×10⁴ km²增加到2022年的115×10⁴ km²，其中哈尔滨市变化幅度最大，变化量为18.08×10⁴ km²。受全球气候变暖影响，黑龙江省冰雪生态系统服务总价值呈现先降低、后升高态势，由2012年的3 874.11×10⁸元减少到2017年的3 041.65×10⁸元，再增加到2022年的5 501.92×10⁸元，呈现南北高、东西低的特征。在各单项服务中，气候调节服务占比最大，为38.46%；空气加湿服务最小，为0.18%。大兴安岭地区、黑河市、佳木斯市和双鸭山市的生态贡献度分别为20.45%、18.81%、14.97%和10.21%，是主要贡献因子。本研究提高了对冰雪系统服务价值的认知，丰富了生态系统服务功能的内涵，可为冰雪相关政策制定提供参考依据。

黄河源区是黄河流域关键产流区域，对气候变化十分敏感。在气候变暖背景下，降水形态转变及其影响因素的研究依然不足。围绕这一重要科学问题，本研究基于地面气象站点观测和多源高分辨率气象数据集［China Meteorological Forcing Dataset（CMFD）、ECWMF ERA5-Land（ERA5-Land）、Multi-Source Weather（MSWX）］，采用湿球温度参数化模型对1980—2015年黄河源区降水形态进行区分，并对降雪比长期变化趋势及其影响因素进行了综合研究。结果表明，1980—2015年黄河源区降水量整体呈增加趋势，降水形态向降雨转变，降雪量减少，平均降雪比呈显著下降趋势（P<0.05），四套数据源的降雪比平均下降速率为0.002 a^-1（P<0.05）。降雪比呈显著下降趋势（P<0.05）的格点占比分别为98.31%（ERA5-Land）、96.87%（MSWX）、67.62%（CMFD）。黄河源区中西部降雪比下降速率较快，下降速率最大的地区为玛多、达日等地。三套格点产品中CMFD能够较好地呈现降雪比变化趋势的空间差异，MSWX次之，而ERA5-Land降雪比变化趋势空间变异较小。源区降雪比与年平均气温、降水量相关性较高（P<0.05），相关系数r分别为-0.42和-0.48，亦受到西风的影响（r=-0.31，P=0.07）。研究结果有助于加深气候变暖对黄河源区水文气象过程影响的科学认识，为黄河流域区域水资源管理提供理论支撑。

雪深的准确模拟对于寒区的水文过程、气候变化、生态环境具有重要意义。积雪过程模型可以定量模拟物理环境对积雪参数的影响过程，从物理意义上定量模拟区域雪深。但是，目前积雪过程模型模拟存在参数设置复杂、不确定性大等问题。因此，有必要通过参数率定找到最适应区域的参数组合，从而完成模型参数的本地化。本文应用Crocus模型，在西藏自治区的聂拉木站、普兰站和帕里站进行3 a（2019—2021年）逐日雪深模拟，利用UQ-Pyl进行模型参数的敏感性分析及率定，构建以上站点的Crocus模型，并通过相关系数（R）、标准差比（SDC）、纳什效率系数（NSE）、平均差值（BIAS）和均方根误差（RMSE）综合评估Crocus模型在聂拉木站、普兰站和帕里站的适用性。结果表明：聂拉木站、普兰站、帕里站的Crocus模型主要敏感参数分别有20、15、13个；Crocus模型在聂拉木站的雪深模拟效果最佳（R=0.989、SDC=0.990、NSE=0.978、BIAS=0.276 cm、RMSE=4.280 cm），普兰站和帕里站次之；其中，聂拉木站的积雪沉降、积累和融化过程得到了很好的模拟，普兰站在积雪较厚时模拟效果更优，帕里站在每年3—4月时模型高估了雪深，但变化趋势基本一致，3个站点的日雪深模拟结果基本反映了雪深日变化过程。本文对Crocus模型的本地化是对积雪过程模拟研究的有益补充，为理解和揭示西藏自治区的积雪过程可提供科学依据和信息，同时，也为提高区域气候预测水平、水资源有效管理、灾害预防和应对提供有力支撑。

受严寒气候影响，寒冷地区的隧道工程普遍面临不同程度的衬砌挂冰、冻融损伤甚至开裂、路面结冰、排水系统冻结失效等一系列冻害问题，给隧道工程的建设和运营带来了极大的挑战。负温环境是隧道冻害产生的必要条件，掌握隧道内气温沿进深方向的分布是寒区隧道冻害研究和工程防治措施采取的基础和前提。然而，不同寒区隧道工程的隧址区环境气象、工程结构和交通情况等因素各不相同，导致不同隧道内气温的分布特征存在显著差异。因此，准确地预测和获取寒区隧道内气温纵向分布仍是亟待解决的问题。为得到寒区隧道内气温分布特征及其影响因素，本文采用文献调研和数据统计与分析的方法，收集整理了我国52座寒区隧道内气温的现场监测数据以及相关影响因素数据。依据寒区隧道内气温分布特征，将其划分为对称型、非对称型和贯通型三类，并对各类型寒区隧道的长度和埋深情况进行了统计分析。在此基础上，探讨了隧址区气温和隧道围岩地热以及洞内通风对隧道内气温分布的影响机制，之后针对引起隧道内空气流动的自然风、工程建设、机械通风和交通情况四类因素进行了分析，并指出各类因素的主次影响顺序。研究表明，当隧道两端洞口自然环境要素基本相同且两端洞口高差不大时，隧道内气温往往呈对称型分布；当隧道内存在较大纵坡坡度或受洞外盛行风向影响时，隧道内气温多呈非对称型分布；而当隧道长度较短、埋深小且盛行单向风时，隧道内气温分布常为贯通型。隧址区（隧道进出口）环境气温对隧道内气温分布起决定性作用，隧道埋深状况决定了地热作用从而对洞内气温产生重要影响。通风是影响隧道内气温的关键因素，其中自然风、工程中纵坡设计因素分别为进出口高差较小、长度较短的隧道和进出口高差较大、长度较长的隧道内气温分布的主导因素，工程附属结构、机械通风、交通情况为相对次要因素。本研究工作可为寒区隧道冻害问题研究和保温设防设计以及运营维护提供参考。

基于高温不稳定多年冻土区保温护道路段地温监测数据，分析了天然场地及左右路肩下地温、年平均地层温度、热收支及多年冻土上限变化等，探讨了气候变暖及阴阳坡效应下路基不同位置不同深度热状态变化特性及其与天然场地的差异。结果表明：左右路肩阴阳坡效应显著，左路肩下多年冻土最大融化深度为右路肩的2倍，最大融化深度降低速率为右路肩的5倍，且左路肩下多年冻土上限下降速率为右路肩的1.5倍；右路肩处在阴坡且保温护道可能对其多年冻土维持稳定起到了一定积极作用，抬升了其人为冻土上限并减缓了上限下降速率。不同位置年平均地层温度均呈上升趋势，且增长速率随深度逐渐降低，然而左路肩的路基与天然场地交界面附近温度增长速率大于2.5 m深度处，表明此特殊位置土层在多因素作用下可能受到更强的热扰动影响。一般情况下，冻土吸热放热量均随深度降低逐渐减少，但多年冻土上限处在0 ℃等温线的特殊位置，可能出现吸热量突然增大的现象；多年冻土上限处由于深度较深，热收支增长速率已不受阴阳坡效应影响，该断面左路肩多年冻土上限处年平均热收支为右路肩的2.92倍，但其热收支增长速率几乎相等。

针对寒旱区盐渍土水盐迁移引起的盐冻胀变形病害问题，本研究提出了一种新型的隔水透气膜隔断层处理方法，并开展了相应的理论分析和室内试验研究。基于多孔介质理论和连续介质力学理论，通过考虑温度变化下孔隙水盐相变等因素，建立了非饱和盐渍土的水-热-盐-力多场多相耦合模型。在水盐补给条件下，采用数值模拟和室内模型试验研究了非饱和硫酸盐渍土的水盐迁移和盐冻胀变形特性，并验证了模型的有效性。重点分析了设置隔水透气膜对非饱和硫酸盐渍土热质迁移及变形行为的影响。研究结果表明：隔水透气层对液态水和溶解盐的迁移具有明显的阻滞作用。同时，由于隔断层的透气特性，可有效地解决传统土工膜隔断层下气体聚集现象。研究成果可为盐渍土路基处理提供技术与理论基础。

本研究依托于分布在全国季节冻土区600个气象台站，1971—2020年近50年实测季节冻土年最大冻结深度数据及温度观测数据，分别对600个台站的气温年变化趋势，气温冻结指数的年变化趋势等进行了探讨。并且在Stefan改进公式的基础上，进一步探讨了基于气温冻结指数的影响因子E_a与经度、纬度及海拔等因素在标准场地上的统计学关系，建立影响因子E_a与经纬度、海拔三者之间的相关关系式，将通过相关关系式计算得出的影响因子E_a与通过基于气温冻结指数的Stefan改进公式反推计算得到的影响因子E_a进行对比分析，验证相关关系的准确性。研究表明，因子在大多数点位拟合程度良好，但是一些位于多年冻土区边界处的点位，拟合差异较大。为解决这一问题，将研究区域重新划分为一般季节冻土区域及季节冻土区与多年冻土区边界处的过渡区域，分别进行相关性分析，再次建立影响因子E_a与经度、纬度、海拔之间的相关关系式。经过验证，点位拟合程度具有显著的提升。将相关关系式引入基于气温冻结指数的Stefan改进公式做进一步拓展，最终得到的经验公式将用于计算我国季节冻土区标准场地冻结深度。通常意义上由于Stefan公式中基于地表冻结指数的影响因子E本身计算较为繁复，应用于工程设计及施工并不简便，对难于计算或者难于获取到冻结深度的工程建设所在地，利用拓展后的经验公式计算得到的冻结深度值与气象台站观测值拟合度较高，能够较好地为工程建设提供冻结深度值作为参考。

冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素，而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验，通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行了监测，基于实验结果着重讨论了冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响机制。结果表明：（1）冻结没有改变试样强度随裂隙倾角的变化趋势，随裂隙倾角的增大，试样的强度均呈先减后增的趋势。强度最小值出现在裂隙倾角\alpha=60°时，最大值出现在\alpha=90°时；（2）在冻结状态下，试样的起裂模式随裂隙倾角的增加整体呈现“拉伸起裂→剪切起裂→拉伸起裂”的变化趋势，此外，相同裂隙倾角的试样在冻结状态下起裂的应力水平均高于在常温状态下；（3）冻结裂隙砂岩的力学性质受冻结作用和裂隙倾角双重控制。并进一步分析了冰填充裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响，认为冰均起到了支撑、填充和黏结作用。在裂隙倾角较小时（0°~30°），裂隙冰的法向压力较高，强化效应主要来源于冰的支撑作用；当裂隙倾角较大（45°~75°）时，裂隙冰上的法向压力较低，强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用；裂隙倾角（近90°）与加载方向平行时，裂隙冰的法向应力变为拉应力，强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用。

针对开放系统下淤泥质盐渍土在单向冻结过程中的水盐迁移和冻胀特性开展了试验和理论研究。为了研究淤泥质盐渍土在单向冻结条件下冻胀力随冷端温度、初始含水量、含盐量和上覆荷载变化的规律，通过配制含有硫酸盐的淤泥质盐渍土土样作为试样进行了单向冻结条件下的冻胀试验。基于非饱和土渗流和热传导理论和水动力学模型，遵循质量守恒和能量守恒定律，考虑水盐迁移、相变的影响，从盐胀和冻胀机理出发简化应力场方程，建立了适用于淤泥质盐渍土的三维水、热、盐、力多场耦合方程。通过COMSOL Multiphysics软件PDE模块对室内非饱和土体建立耦合模型并进行数值计算。通过比较不同深度处测点的温度、含水量、含盐量以及土体冻胀力的数值模拟计算值和试验结果，验证了模型的有效性。结果表明：降低冷端温度和增加初始含水量有助于促进土体的冻胀力产生，而上覆荷载和土体含盐率的增加对土体的冻胀力产生抑制作用。淤泥质软土的冻胀力稳定值（即最终冻胀力稳定数值）与冻结温度呈线性关系，与土体初始含水量、上覆荷载以及含盐率呈二次抛物线关系。

冻土是由冰胶结体、土颗粒、气体、未冻水组成的四相胶结体，其强度受温度影响较大，以至于冻土的强度准则比普通土的强度准则更为复杂。冻土强度准则在实际工程中有很广泛的应用，比如，可用于冻土边坡稳定性计算。由于冻土的复杂性，将未冻土的强度准则直接用于冻土边坡工程稳定性计算分析是不合理的。为研究冻土强度准则在冻土边坡稳定性判断中的应用，本研究首先在已有的冻土强度准则中选取Liao和Lai提出的代表性冻土强度准则，利用瑞典条分法和该强度准则推导了冻土土坡安全系数的解。其次，基于此强度准则推导的冻土土坡安全系数的解进行冻土边坡稳定性计算分析，并将计算结果与已有的冻土边坡分析数据作对比，验证该强度准则的适用性。计算结果表明：选用的强度准则计算出的安全系数与原冻土边坡安全系数比较接近，误差较小，该强度准则在冻土边坡稳定性计算方面有较高的精确性和适用性。最后，鉴于实际工程中非稳定状态冻土边坡较多，基于工程实用性，进一步总结给出了冻土边坡失稳防治措施。本研究可为寒冷地区冻土土质边坡的设计、建设、维护提供理论指导与参考。

由于冻胀融沉等病害导致青藏铁路路基问题较一般的地区更加严重且复杂多变。路桥过渡段作为道路与桥梁的重要衔接，路基与桥台的沉降差异严重影响铁路运营的安全性及行车的舒适性。结合一般地区的过渡段差异性沉降治理办法，从刚度差异入手，同时考虑冻土的活动层特性，提出桩基路桥过渡段优化结构，达到路基与桥台刚度的平缓过渡，同时对优化结构进行长期效果分析。结果表明：在过渡段路基处埋设双排四根混凝土桩基后，在持续外荷载以及循环温度荷载作用下，混凝土桩基对冻土温度场影响较小，能保证冻土良好的稳定性；路基与桥台差异性沉降和轨面折角大幅度降低；在全球气候变暖的环境下，通过ANSYS模拟分析温度场、位移场发现，混凝土桩基对过渡段处路基的温度场影响较小，对于差异性沉降治理效果十分显著。

为深入探讨在真三轴应力路径及多因素交互作用条件下冻结钙质黏土的能量特征及其影响程度，本研究借助ZSZ-2000型真三轴冻土试验平台，采用正交试验的设计方法，开展冻结钙质黏土真三轴压缩试验研究。研究结果揭示：在初始压密阶段及线弹性阶段，冻结钙质黏土的输入能相对较低，增长速率缓慢；随着加载过程的深入，输入能逐步增加，其增长速率亦随之提高；至破坏阶段，输入能-等效应力曲线呈现出明显的跃升特征，此时输入能的急剧上升，说明输入能曲线斜率的变化是冻结钙质黏土内部裂纹非稳定发展的微观表现。同时，输入能曲线的突然急升亦指示了失稳破坏的发生。进一步通过极差分析及AHP层次分析可得一致的输入能影响因素优劣次序：含水率w、中主应力系数b、温度T、含盐量φ、围压σ₃。含水率对输入能的负向影响显著，温度和中主应力系数b对输入能有着显著的正向影响关系，随着中主应力系数b值的增加，其对冻结试样输入能的影响程度呈减弱的趋势且存在一个最优中主应力系数b=0.33使试样输入能增幅达到最大。

为确保川西高原大型露天采场高陡板岩质边坡的稳定性，有必要对不同介质中冻融循环作用下高寒地区板岩劣化损伤特性的发展规律展开研究。将板岩分别置于空气和水中进行冻融试验，在达到相应循环次数后测定试样质量、饱和含水率和纵波波速，进行单轴抗压强度测试，并观察岩样宏观形貌，综合分析其在冻融作用下相关力学特性的劣化规律。结果表明：冻融作用下板岩各力学参数表现出明显的劣化效应，随着暴露在冻融环境中时间的增长，试样质量损失速率、吸水速率波动上升，纵波波速、单轴抗压强度和弹性模量呈下降趋势，饱和含水率曲线呈负指数增大；岩样因温度变化自身产生的胀缩、内部黏土矿物吸水聚集膨胀是板岩破坏的主要原因；随着冻融循环次数的增加，试样劣化速率减缓，最后趋于稳定；水分是板岩劣化的重要因素，相同冻融循环次数下，水中进行冻融循环的岩样劣化程度更大，劣化速度更快。

全球气候变暖导致冰冻圈发生了剧烈变化，突出表现为冰川退缩、积雪消融、冻土退化等，加速了固态水资源向液态水资源的转化，打破了青藏高原寒区水资源分配的长期稳定机制。本文基于寒区冰冻圈变化水文效应角度，梳理了气候变化下青藏高原寒区水文过程研究进展，剖析了当前青藏高原寒区水文过程研究中存在的热点和难点。由于水文模型为研究水文循环过程的重要工具，模型的结构和功能决定了水文过程研究的准确度和发展方向。因此，本文总结了10个典型水文模型在模拟高原寒区冰川、融雪径流算法的优点和局限性及模型冰川、积雪、冻土模块特点，凝练总结了影响高原寒区水文过程模型模拟精度的主要问题。结果表明：青藏高原寒区气象观测站点资料的匮乏加大了数据输入、参数估计的不确定性；对冰冻圈水文内在物理过程认识不足导致了模型结构的不完备性，进而影响水文过程模拟精度。最后，本文从多元数据联合使用、机器学习应用等方面探讨了如何提高水文模型精度，为寒区水文模型的改进和完善提供参考。

在气候变化和人类活动密集的大环境下，流域水环境问题仍是当前国内外流域管理面临的严峻挑战之一。洮河流域是我国典型的高寒生态脆弱流域，研究洮河流域水文气象变化及水环境驱动机制对洮河流域水环境管理具有重要意义。本文通过统计、线性拟合和M-K趋势与突变检验对洮河流域1990—2018年间的降水和气温变化趋势特点及突变特征进行分析，并利用土地利用转移矩阵分析洮河流域1990年和2018年两期土地利用变化特征，揭示洮河流域水文气象动态特征。在此基础上，利用DEM、土地利用、土壤、气象数据等构建SWAT水文模型数据库，进行洮河流域径流和水质的月尺度模拟。模型将洮河流域划分为24个子流域，气象数据同时输入气温、降水量、相对湿度、风速和太阳辐射，并通过SWAT-Weather构建天气发生器。径流模拟时段1988—2018年，设置1988—1989年为预热期；水质模拟由于实测数据有限，DO模拟时段2015—2018年，NH₃-N模拟时段2018年全年。模拟率定与验证采用SWAT-CUP的SUFI-2校准方法，并选取R²、NSE和PBIAS指标评价模型的模拟精度，为提高模拟的准确性，选取径流有关参数22个，水质有关参数37个。基于SWAT模型的模拟结果，利用产水量指标和Slope趋势分析洮河流域径流的时空变化趋势。最后，通过分别设定不同的降水、气温和土地利用类型输入条件，针对气候变化、土地利用变化以及气候和土地利用综合变化，进行情景模拟，并基于情景模拟结果分析洮河流域径流和水质的驱动机制。结果表明：（1）洮河流域近30年间，降水量年际变化浮动较大，整体呈上升趋势，线性趋势20.16 mm⋅（10a）^-1，多年平均值为522 mm；气温无显著突变，整体呈上升趋势，线性趋势0.55 ℃⋅（10a）^-1，多年平均值为5.09℃；洮河流域土地利用类型以耕地、草地和林地为主，各土地利用类型均发生变化，但面积变化较小。（2）SWAT模型对洮河流域长时间尺度的月值径流模拟精度较高，R²和NSE基本维持在0.6以上，PBIAS绝对值保持在15%以内；对DO的月尺度短期模拟的精度较高，对NH₃-N的月尺度短期模拟的精度略低，但中、下游结果符合模拟精度要求。洮河流域上游的产水量最高，且增加的趋势较大，中下游产水量与产水量增加趋势呈负相关。（3）洮河流域内，径流的变化主要受降水量的控制，与降水量呈正相关；NH₃-N浓度的变化主要受气温的控制，与气温呈负相关；DO的浓度几乎不受降水和土地利用变化的影响，与气温呈负相关。

在北方多年冻土区，森林火灾不仅影响森林生态系统的土壤属性，还会对多年冻土环境、土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量及储量造成影响。中国东北多年冻土区位于欧亚多年冻土带的南缘，在气候变化和人类活动影响下，多年冻土正在发生广泛退化，进而影响多年冻土中碳排放与碳氮储量，对气候变暖形成正反馈效应。本研究选择大兴安岭北部阿龙山镇2009年火烧迹地，以未火烧样地作为对照，研究不同火烧强度（轻度和重度火烧）对多年冻土区SOC和TN含量及储量的影响。结果表明：（1）SOC和TN含量和储量在不同火烧强度下差异显著。随火烧强度的增加，SOC和TN含量和储量逐渐降低。与未火烧样地相比，SOC含量在轻度和重度火烧样地分别降低9.78%和65.11%；SOC储量在轻度和重度火烧样地分别降低9.29%和68.48%；TN含量在轻度和重度火烧样地分别降低1.99%和52.49%；TN储量在轻度和重度火烧样地分别降低3.23%和51.61%。随着土壤深度的增加，SOC和TN含量逐渐降低；SOC储量在未火烧样地呈波动式变化，轻度火烧样地先增加后降低，重度火烧逐渐降低；土壤TN储量在未火烧和轻度火烧样地呈波动式变化，在重度火烧样地呈逐渐降低的趋势。（2）随着火烧强度的增加，土壤温度逐渐增加。在0~100 cm深度，与未火烧样地相比，土壤温度在轻度和重度火烧样地分别增加了（0.87±0.18） ℃和（9.09±0.37） ℃；土壤含水量（SMC）在轻度火烧样地增加（17.79±3.36）%，在重度火烧样地降低（16.71±2.92）%。随着土壤深度的增加，土壤温度和SMC呈下降趋势。（3）冗余分析（RDA）表明，微生物生物量氮（MBN）是影响火后土壤碳氮含量及储量的关键因子，解释率为65.6%（P=0.002）。土壤SOC和TN含量与土壤温度、SMC、土壤铵态氮（NH₄⁺-N）、微生物生物量碳（MBC）和MBN呈显著正相关，与火烧强度、土壤深度和pH呈显著负相关。SOC和TN储量与火烧强度、土壤深度、土壤温度、容重以及土壤硝态氮（NO₃^--N）呈显著负相关。综上所述，林火对SOC和TN储量产生了显著影响，导致SOC和TN储量损失，改变了碳氮库的分布格局，降低了土壤碳氮库的稳定性。森林火灾对多年冻土区SOC和TN含量及储量的研究对生态系统碳平衡及寒区生态环境的管护具有重要意义，并且可以为北方多年冻土区SOC和TN储量提供重要数据参考。

湿地作为介于水体和陆地之间的第三生态系统，有着重要的生态功能。由于特殊的地理位置和自然环境条件，西藏地区形成了众多独具特色的天然高原湿地，在拉萨河流域湿地聚集现象尤为显著，茶巴朗湿地就是该流域的重要成员之一。近年来，随着城市旅游业、农牧业大力发展，湿地面积、动植物资源丰富度和湿地功能等方面出现了不同程度的退化。为了解西藏茶巴朗湿地表层沉积物的重金属分布特征与污染状况，于2021年8月共采集湿地表层沉积物样品19个，分别测定了沉积物样品中重金属含量，同时利用内梅罗污染指数和潜在生态风险指数对研究区重金属污染现状进行评价，并通过绝对主成分得分-多元线性回归模型（APCS-MLR）进行重金属来源解析。结果发现，茶巴朗湿地表层沉积物中Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As和Hg元素含量分别是西藏背景值的1.71、0.56、0.65、1.02、1.31、1.52、0.92、1.48倍，但远低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中筛选值，与西藏其他高原湿地相比，沉积物重金属富集水平较低；研究区内梅罗污染指数均值为1.68，属轻度污染水平；潜在生态风险指数RI均值为134.45，属于轻微生态风险。绝对主成分得分-多元线性回归模型结果表明，茶巴朗湿地沉积物中Cu、Zn、Pb、Hg来源于交通运输和农业活动混合源，Cr、Ni来源于土壤母质源，As来源于地热源，Cd来源于地热源、交通运输和农业活动混合源，研究区湿地的沉积物重金属主要影响途径为交通运输和农业活动混合输入。本研究揭示了茶巴朗湿地沉积物中重金属元素的赋存现状、空间分布特征和生态风险等级，以及重金属的可能来源，客观了解湿地环境质量现状，为茶巴朗湿地和其他区域高原湿地后续的污染防治工作和可持续发展提供科学依据和理论支撑。

随着寒区资源开发和工程建设规模逐渐扩大，将导致过量重金属持续进入冷生土壤圈中，进而影响寒区土壤生态环境。本文通过文献回顾，对寒区土壤重金属物质来源与排放、空间分布、迁移规律、转化机制以及修复与治理等五个方面进行梳理。寒区土壤重金属受人类活动影响显著，其中，工业排放、交通运输、矿业开发以及农业活动等是寒区土壤重金属的重要来源；重金属在土壤中具有不同分布特征且容易发生迁移，主要取决于人类活动和土壤母质两种因素，且土壤性质、重金属自身特性和外部环境等因素也对重金属分布和迁移转化有一定作用；重金属进入土壤对土壤质地、土壤温度、土壤水文以及植被等可以造成不同程度的影响，虽然固化稳定、生物炭和淋洗等修复方法可以用于部分寒区土壤重金属污染修复，但需要考虑季节性温度变化对修复效果的影响。因此，鉴于重金属对寒区土壤生态环境影响显著，未来研究仍需要继续加强对寒区土壤重金属监测和安全风险评估并进行及时、必要、积极的修复治理，以防止过量重金属进入寒区并对寒区土壤环境造成危害。

为了更精细地刻画青藏高原多年冻土区气候变化对植被生长的影响，选取多年冻土分布较为连续的沱沱河源为研究区，基于Landsat NDVI数据，使用趋势分析、偏相关分析和地理探测器等方法，分析了2000—2021年研究区植被生长季（5—9月）NDVI对气候变化及不同地形和植被类型的响应特征。结果表明：（1）研究区NDVI整体呈波动上升趋势，增长速率为0.013 （10a）^-1；NDVI增长区域的面积约占总面积的84.1%，其中，显著增长区域约占45.0%，主要分布于海拔较低的河流两侧及冰川区附近；而16.0%地区的植被NDVI呈降低趋势，主要分布于研究区北部的高寒荒漠草原区。不同植被类型及不同地形区的NDVI变化速率存在差异。（2）研究期间生长季降水量、气温、太阳辐射和土壤水分含量均呈波动上升趋势，生长季NDVI与降水量和土壤水分含量在年际变化中整体呈正相关关系，与土壤水分含量的相关性更强；生长季NDVI变化与气温的相关性在空间上差异较大，其中55.4%的区域呈正相关关系；生长季NDVI变化与太阳辐射整体呈负相关关系。气温升高对草甸区植被生长的促进作用更强，对草原区植被生长的抑制作用更强。（3）研究区NDVI的空间分布主要受土壤水分含量、气候因子和坡度的影响，其中，土壤水分和坡度共同作用时影响最大。本文利用多种方法量化了研究区气候因子及其交互作用对植被变化的影响，进一步揭示了区域气候环境要素对NDVI变化的影响规律，可为青藏高原多年冻土区的气候环境变化研究、生态环境保护等提供新的依据。

地貌地层证据及绝对测年数据显示，青藏高原及其周边山地在第四纪期间经历了多次显著的冰川进退。深海氧同位素4阶段（MIS 4）作为末次冰期的一个冰阶，全球平均气温降低、大陆冰量增多、海平面下降，零星测年数据显示青藏高原少数几个山地可能在MIS 4冷期出现冰川前进（本文统一用“MIS 4冰进”来指代冰川漂砾暴露测年数据落在MIS 4的冰川前进，但冰进过程本身不一定完全发生在MIS 4期间）。辽阔的青藏高原面上分布着无数高海拔山地，MIS 4冰进是否广泛存在于其他山地？冰川发育的时间过程又是如何？这些问题仍缺乏系统论述。本文统计并重新计算了青藏高原已发表的落在MIS 4及相近年代的冰川漂砾¹⁰Be地表暴露年代，进一步运用P-CAAT方法对暴露年代进行细化分析，最终得到12组（即12个地点）落在MIS 4区间的暴露年代数据，这12个地点主要分布在高原的中南部和西部地区，分析得到：（1）MIS 4时期，青藏高原西部、南部、东部与内部地区曾发生过冰川前进，冰进规模西部最大，南部其次，内部最小，可能主要与冰川补给量的多寡有关。（2）青藏高原MIS 4冰进主要受控于北半球夏季太阳辐射与大气CO₂浓度的变化以及北半球中纬度西风带的迁移：MIS 5a至MIS 4早期，太阳辐射逐渐下降至最低值，同期CO₂浓度也显著降低，高原气温相应降低，同时，北半球高低纬间温度梯度增大，西风增强且位置南移，可能带来较多冬半年（固态）降水，冰川物质积累量增加，导致冰川前进；MIS 4中、晚期，随着夏季太阳辐射进一步增多及CO₂浓度的迅速上升，冰川开始快速退缩。

东南极冰盖的演化能够显著影响全球气候变化，因此，对该地区冰盖演化历史的研究是理解第四纪全球气候变化的关键。近年来，陆地宇生核素（in-situ Terrestrial Cosmic Nuclides，TCN）暴露测年逐步应用于拉斯曼丘陵地区冰川地貌年代测定。对该区第四纪冰川地貌年代数据的梳理可以进一步了解南极冰盖的变化。本研究归纳整理了拉斯曼丘陵及其邻近地区1997—2022年发表的15篇文献共196个¹⁰Be暴露测年数据，结果显示拉斯曼丘陵的最小暴露年龄为（4.05±0.81） ka，最大暴露年龄为（147.01±11.80） ka，其邻近地区最小暴露年龄从（0.32±0.20） ka至（4 096±2 404） ka不等。对不同来源和地区的数据进行对比，得到以下结论：（1）17.86%暴露年龄小于11 ka，83.16%样品暴露年龄小于600 ka，98.47%的样品暴露年龄小于2.8 Ma，部分地区¹⁰Be暴露年龄确定的冰退时间仍存在争议。（2）侵蚀速率达到0.007 mm·a^-1时，对测年结果的影响达到了51.57%，该影响因素不可忽略。（3）暴露年龄有随海拔的降低有减小的趋势，需进一步研究来解释其原因。

为了探究人工地层冻结（artificial ground freezing， AGF）多圈管冻结壁温度场分布与发展规律，以淮北青东煤矿东风井为工程背景，利用现场实测数据和COMSOL Multiphysics软件建立三维冻结温度场数值计算模型，分析了立井井筒所在土层在差异冻结技术下的冻结温度场时空演化规律。研究结果表明：在对比分析中三圈管相较两圈管冻结扩展速度较快，相同的冻结时间下，冻结壁平均温度要低0.73~3.32 ℃·d^-1，有效厚度增加0.38 m；砂土层相同冻结时间的条件下冻结壁平均温度要比黏土层低0.94~1.50 ℃，有效厚度增加0.21 m。冻结井筒计算范围内，径向温度场呈现出圈管之间温度低，圈管两侧温度较高的“马鞍型”分布；在土体深度方向，不同土性的土层温度梯度较为明显，具体表现为三圈管以及细砂层位温度更低，30 d左右Ⅱ层土体（三圈管砂土层）降温速率达到最大，约为1.12 ℃·d^-1，首先完成土体降温阶段进入冻结壁交圈和拓展阶段，此时其他土层仍处于土体降温阶段。“长短腿”冻结管布置形式既可以提高井筒开挖的时间，缩短工期；又可以防止深部冻土入荒径过多，降低开挖难度，节约工程成本。采用差异冻结的方式，开机冻结30 d，去路盐水温度降至-30 ℃后维持该温度循环制冷盐水，使得该冻结工程取得了圆满成功。此研究可以为类似矿井冻结施工提供一定的参考。

在地铁隧道修建过程中若遇到复杂不良地质，单一工法有时无法将冻胀融沉位移控制在预期范围内，而采用注浆-冻结联合工法施工，能够有效控制土体融沉位移的施工参数。本文以广州地铁三号线某折返线隧道冻结工程为背景，隧道所处地层为砂质黏土地层，采用有限元数值分析软件，建立水热力耦合模型分析地铁隧道冻胀融沉位移场的发展规律，并与实测数据进行对比验证了模型可靠性，建立不同注浆半径的地铁隧道模型。通过对比其注浆控制效果，得出该法能够控制地表融沉位移的最佳注浆半径，并在此基础上研究了不同水泥掺量对土体融沉位移的影响，进一步得出能够有效控制土体融沉位移的施工参数。结果表明，采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工，注浆半径选取4~5 m对融沉的控制效果最佳，注浆半径在4 m以上时土体融沉位移的效率开始有了明显的减弱。水泥掺量大于9%时，改善土体融沉位移的效率开始提高；而水泥掺量达到12%以后，改善土体融沉竖向位移的效率变缓。注浆半径设定在4 m，水泥掺量设定为12%，此时与原施工方案对比，自然解冻末期地表融沉量减小了73%。本研究的设计参数可为其他类似工程施工提供理论依据。