精细化的冰川监测资料是开展冰川学研究的基础。本文在有长时间观测基础的祁连山七一冰川，利用无人机载激光雷达系统获取了该冰川2024年的激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）资料和光学影像，构建了无人机载的数字高程模型（UAV-digital elevation model，UAV-DEM）和数字正射影像（UAV-digital orthophoto map，UAV-DOM），实现了利用高分辨率无人机资料对七一冰川地形和表面信息的精细化监测。结果表明：（1）不同空间分辨率的DEM在表达冰川末端沟壑区地形时存在显著差异，空间分辨率小于0.4 m时会过度表达，大于20 m时开始变化不显著，通过坡度局部方差均值计算出表达七一冰川末端沟壑区地形的DEM最优分辨率为4 m。（2）DEM空间分辨率对冰川末端沟壑区接收太阳辐射的影响显著，在4~20 m表现为分辨率每增加1 m，2024/2025平衡年七一冰川表面接收的平均太阳辐照度和平均日照时数分别增加1.5 W·m^-2和24.5 h；空间分辨率超过20 m时，DEM分辨率对太阳辐射计算的影响较弱。（3）UAV-DOM不仅能有效提升冰川表面污化程度的分类精度，还能识别出常用卫星遥感资料无法监测到的冰面河道与冰川顶部附近的小型冰面湖，这将为开展七一冰川精细化变化监测及其气候变化响应研究提供数据支撑。

在全球气候变暖的背景下，未来山地冰川将面临更为显著的物质损失。传统基于气候模式的冰川预测虽能揭示其变化趋势，但冰川变化既受大尺度气候驱动，又通过反馈机制作用于局地大气过程，而这种双向耦合关系在传统模型中常被简化或忽略。WRF（weather research and forecasting）模型具有多尺度嵌套能力、对复杂地形的适应性及完善的物理参数化方案，可高分辨率模拟冰川与非冰川下垫面间的能量交换和局地环流响应，是研究冰川-大气相互作用的关键工具。本文系统综述了WRF模型在冰川对区域气候反馈研究中的应用进展，重点分析了冰川-大气相互作用的物理机制、高分辨率模拟的发展方向及其在揭示能量与物质交换中的关键作用。研究发现：冰川通过热力与动力过程共同影响局地环流、降水分布及水汽输送路径，其退缩会削弱冷却效应并重塑边界层结构，从而形成多尺度、非线性的冰川-大气反馈系统。高分辨率模式（≤1 km）显著提升了复杂地形区的模拟精度，能够更真实地刻画冰川风、焚风及边界层湍流结构；而大涡模拟（LES）进一步推动研究由经验统计向物理过程解析转变，为理解冰川-大气能量平衡提供了新的技术途径。交互式冰川-大气双向耦合模型在揭示冰川大气耦合机制与区域气候反馈方面具有重要作用，但模型精度和物理一致性仍需多源观测数据支撑。未来研究应加强地面、无人机与卫星观测的协同，结合数据同化与跨尺度模拟，构建“观测—模拟—验证”一体化框架，更全面、定量地解析冰川-大气相互作用中的非线性反馈，为区域气候预测和水资源管理提供科学依据。

多年冻土泥炭地是陆地生态系统的重要碳库，但在气候变暖背景下，其土壤碳损失加剧并形成显著气候反馈。大兴安岭地区作为多年冻土泥炭地的典型分布区，对气候变暖极为敏感，是研究泥炭地土壤碳损失的理想场所之一。通过文献综述的方式，本文旨在揭示该区域的土壤碳损失特征及其驱动因素。结果显示：（1）生长季二氧化碳（CO₂）通量、甲烷（CH₄）通量以及溶解性有机碳（DOC）变化显著，且范围波动较大（CO₂：5.03~1 384.59 mg·m^-2·h^-1；CH₄：-0.248~11.459 mg·m^-2·h^-1；孔隙水DOC浓度：22.08~188.10 mg·L^-1）；（2）升温通过影响微生物丰度和土壤DOC含量来促进CO₂和CH₄的排放；（3）CO₂排放与土壤含水量存在倒U形关系，而与地下水位呈负相关关系，CH₄排放则与土壤含水量和地下水位均呈正相关关系；（4）冻融循环（FTCs）显著抑制CO₂排放（深层抑制强度约是表层的3倍），却促进CH₄排放和DOC含量（CH₄：平均增幅约308%，DOC：对照组的1.38~1.62倍），且在FTCs下DOC含量随土壤含水量增加而增加；（5）升温结合水淹处理降低CO₂排放（36.15%~41.15%），但增加了CH₄排放（17~32倍），并在温度变化幅度较大的FTCs（-15~5 ℃）下CO₂和CH₄排放速率显著高于温度变化幅度较小的FTCs（-5~5 ℃）（分别是2.26倍和1.74倍）。这些研究结果揭示了大兴安岭多年冻土泥炭地碳循环对气候变暖的响应，并表明该区域碳损失过程受多重因素以及交互作用的影响。根据研究中的不确定性和局限性，未来应重点关注：（1）开展不同退化程度下多年冻土泥炭地温室气体通量的观测，设置多种不同的增温幅度和延长野外监测时间；（2）结合静态箱-气相色谱法和涡度协方差方法，从多个角度观测生长季与非生长季的土壤碳通量，增加监测时间和频率，并将对原位环境所预测的数据应用于室内土壤培养试验中，以提高数据的准确性；（3）开展监测DOC从产生、迁移到最终矿化为CO₂和CH₄的完整路径及机理，阐述多重因子及交互作用对土壤碳的影响机制。这些研究将为评估该区域碳循环反馈效应、理解泥炭地土壤碳损失的机制以及预测未来气候变化情景提供理论依据，同时可为响应我国“双碳”目标、生态保护红线政策以及大兴安岭多年冻土泥炭地生态安全屏障建设提供实践性参考依据。

随着全球气候变暖和海冰加速消融，北极的通航潜力不断提升。北极航道虽具有显著的经济效益，但也会给当地环境与气候带来严峻威胁。本研究系统梳理了北极航道在不同时间尺度（历史、短期和未来）上的通航性变化特征和北极航行风险的评估方法，以及其在经济、环境与气候方面的影响。目前，通航性研究主要集中在两个方面：一是以通航天数、通航窗口、航线偏移等为核心量化指标，评估北极航道在历史至未来不同情景下的时空演变特征；二是通过提升短期通航预报精度，以支持业务化航行决策。通航风险评估研究则侧重于构建面向不同事故场景的风险识别框架，开展不同决策层级（战略、运营和实时导航）下的航行风险评估与路径规划，并形成“风险识别—量化—决策”的技术逻辑链。影响层面聚焦北极航道相对于传统航道的经济竞争力及其对全球航运格局的潜在重塑效应，同时探讨航运排放对区域环境与气候的影响，以及“燃料替代—运营优化—末端治理—分类监管”的综合减排技术路径。本文旨在系统梳理当前北极航道的研究进展，识别现有研究的短板，为北极航道的气候适应性路径规划、安全管控运营以及经济-环境协同的可持续发展提供科学依据。

随着全球变暖的加剧，冰川变化已成为关乎全球水资源安全以及人类社会发展的重大问题。地处“三江并流”核心区的梅里雪山，是横断山脉低纬度海洋型冰川分布最多的山段，区内冰川不但雪崩频繁、运动速度快，而且对气候变化十分敏感，从区域尺度研究该地区冰川对气候变化的响应特征具有重要意义。因此本文基于1990—2025年Landsat系列遥感影像，采用比值阈值法及目视解译法，并结合VOLTA模型分析了梅里雪山冰川面积和冰储量变化特征及其对气候的响应。结果表明：（1）近35年梅里雪山地区共有57条冰川，冰川面积及储量总体上呈现不断退缩的趋势，面积由（131.51±6.14） km²（1990年）退缩至（113.67±6.13） km²（2025年），年均变化率为-0.39%·a^-1；1995—2025年冰储量由（12.74±0.61） km³逐渐减少至（10.74±0.58） km³，年均变化率为-0.52%·a^-1。按照不同规模等级、坡向和海拔对近35年间冰川面积进一步统计分析后发现，研究区单条冰川面积均在17 km²以内，且面积<2 km²的冰川数量最多；北坡向和东北坡向的冰川面积最大，西坡向冰川面积最小；东南坡向和南坡向退缩量最多；研究区冰川面积随海拔升高呈先增后减趋势，冰川主要分布在海拔4 400~5 800 m范围内。（2）1980—2025年研究区暖季平均气温波动上升而暖季降水量呈现微弱的波动下降趋势。结合冰川对气候响应的滞后效应研究，对冰川面积、冰储量和气象因子进行相关性分析后发现，1990—2025年冰川变化主要受气温升高的影响，降水量则起到一定的调节作用。预测未来十年内研究区冰川仍将加速退缩。

“中国雪都”阿勒泰因其独特的地理位置和气候条件，成为我国寒潮发生频次最为频繁的区域之一，对当地冰雪经济高质量发展带来严重影响。本文基于阿勒泰国家基准气候站日最低气温数据，通过明确寒潮过程的定义、等级划分及统计标准，分析了1954—2023年阿勒泰寒潮的长期变化趋势、季节和月际分布特征、强度变化及其与其他气象要素的关系。结果表明：（1）1954—2023年阿勒泰共发生寒潮过程902次，平均每年12.9次，冬季是寒潮发生的主要时段，占比高达68.0%。（2）寒潮过程频数呈显著递减趋势，递减率为-0.4 次⋅（10a）^-1（P<0.05），其中秋季寒潮过程频数递减最为显著。（3）从寒潮等级来看，一般、强和特强寒潮的发生频数分别占43.3%、26.3%和30.4%，冬季以特强寒潮和强寒潮过程为主，而春季和秋季则以一般寒潮过程为主。（4）在强度变化方面，一般、强和特强寒潮过程的最大24 h降温平均分别为-7.7 ℃、-9.0 ℃和-12.1 ℃，累计降温幅度平均分别为-11.2 ℃、-13.4 ℃和-18.6 ℃。特强寒潮过程的最大24 h降温和累计降温幅度在冬季显著强于其他季节。冬季寒潮过程的综合强度明显高于春季和秋季。在月际尺度，12月最强，4月最弱。（5）春季和秋季寒潮过程综合强度分别呈持续增强和减弱趋势，而冬季寒潮过程综合强度自1976年以来呈持续上升趋势。（6）研究还发现，冬季降水量偏多与寒潮过程频数偏多以及寒潮过程综合强度偏强之间存在较好的同步性，相似率高达84.3%和77.1%，表明寒潮过程与降水量之间存在一定的关联性。这些发现为阿勒泰寒潮天气的监测、预报和防灾减灾提供了科学依据，并有助于深入理解气候变化背景下极端天气事件的变化规律。

河南作为全国重要的交通枢纽，受持续性低温雨雪事件威胁极大。本文基于河南省气象站1961—2024年冬半年逐日降水量、平均气温、最低气温以及NCEP/NCAR再分析资料，系统分析了河南省区域性持续低温雨雪事件的演变特征，采用K-均值聚类对500 hPa高度距平场进行分型，细化了不同环流型特征及对应的气温和降水特征，揭示了各环流型高、低层环流配置及其事件发生的可能原因。结果表明，该事件年际变率较大，年代际特征较为明显，2021年以后频次增多、极端性增强。事件呈群发性，黄河以南地区为易发区。主要环流型为乌拉尔山-鄂霍茨克海双阻型、乌拉尔山单阻型及贝加尔湖单阻型，其中第二型事件占比最高，自1990年以来频次与持续时间均显著增加，多出现在后冬，其核心位置范围较其他两型更广。前两类事件环流配置为北极涛动（AO）负位相，中高纬温带急流偏弱、副热带急流加强，西伯利亚高压异常偏强。第三型则表现为AO正位相，温带急流偏强东伸，副热带急流北移与之合并，西伯利亚高压弱于前两类但强于常年。850 hPa青藏高原南侧至中南半岛均为气旋性环流异常，偏南气流叠加来自渤海湾的偏东气流，提供充沛的水汽条件。地面受偏北风控制，形成逆温结构，提供了必要的热力条件。

冻土单轴力学行为受其内在性质与外在环境的耦合影响，导致应力-应变关系复杂且难以预测。传统本构模型符合物理认识规律，但依赖于物理假设，难以适用假定条件外的工况条件。数据驱动模型能灵活捕捉非线性行为，但可能获得不符合物理规律的预测结果，且具有数据量依赖性与泛化能力不足的问题。针对冻土试验数据量较少的情形，本文提出了一种自适应数据-物理驱动神经网络模型，该模型融合了归一化变形模式作为先验物理约束，并结合数据驱动损失（DE）、数据-物理导向损失（DP）以及物理驱动损失（PE）三个元素，构建了三元联合损失函数。通过树结构帕森估计器（TPE）自适应优化损失权重，模型不仅可以提升预测精度与可解释性，还可以退化为数据驱动神经网络或物理参数识别方法。基于冻土单轴压缩试验数据的训练与测试表明，该方法在提高预测精度的同时，增强了模型的物理合理性与外推能力，为冻土复杂力学行为建模提供了物理可解释、数据高效且泛化性强的新方法。

青藏高原东北过渡地带位于我国地势第一阶梯，是气候敏感性与地质脆弱性交织的关键区域。该区域广泛分布着强风化泥岩，遭受着冰川融水、集中降雨及显著季节温差影响的干湿-冻融循环作用，在多重物理风化营力的长期、反复作用下，岩体呈现强烈的风化特征，并导致大量细粒风化产物不断累积，显著改变了斜坡的物理组成和力学结构，进而诱发地质灾害，并在一定程度上加剧其发生频次。为揭示这一地质灾变过程的内在机制，本研究采用室内三轴剪切试验结合扫描电子显微镜（SEM）微观结构分析技术，定量提取微观孔隙面积率关键结构参数，在此基础上，建立土体面积损伤系数（D_i ），进而揭示干湿-冻融循环作用对强风化泥岩力学性质的劣化规律。结果表明，循环试验对泥岩的力学性能造成了显著的损伤，经历3次、5次、7次及10次干湿循环后，相较初期泥岩试样，其黏聚力分别下降14.91%、34.74%、49.36%、54.78%，对应孔隙面积率为47.51%、49.36%、53.14%、58.88%，土体面积损伤系数为0.909、0.866、0.779、0.647；在冻融循环方面，泥岩经历同样周期（3次、5次、7次及10次）循环后，相较初期泥岩试样，黏聚力分别下降26.32%、28.27%、31.95%、32.07%，孔隙面积率为47.49%、52.10%、54.65%、56.89%，土体面积损伤系数为0.909、0.903、0.707、0.693；另外，强风化泥岩在围压100 kPa时，开始出现强度骤降现象。泥岩力学性能的衰减与干湿或冻融循环周期的增加之间存在显著相关性。研究成果不仅可为地质灾害的防治提供重要理论依据，还可为该地区地质灾害的防治监测预警提供重要的理论支撑。

为探究低温条件下细砂岩的动态力学特性及损伤本构模型，本文利用分离式霍普金森压杆试验系统，对侏罗白垩系细砂岩进行不同温度下的动态冲击压缩力学试验，得到不同温度下细砂岩的应力-应变曲线，分析试验中试样的动态峰值应力与温度的关系以及能量耗散规律，通过引入分形维数D，探究块度分形维数与温度之间的关系，并建立基于Weibull统计分布和D-P破坏准则的细砂岩动态强度型统计损伤本构模型。研究结果表明：冲击作用下细砂岩应力-应变曲线分为压密、线性变形、塑性变形、快速卸载4个阶段；细砂岩在冲击荷载作用下破碎后的分形维数随着温度的降低而逐渐增大，且试样破碎的分形维数与温度的相关系数达0.936，二者具有良好的指数关系；动态峰值应力随着温度的降低而增大；透射能与耗散能随温度变化呈现反向变化趋势；基于Weibull分布参数F ₀、m和温度的关系，修正细砂岩的本构模型，并与试验结果对比，验证该模型的合理性。

在西北季节冻土区交通工程建设中，通常采用添加一定比例的黄土，改善红层泥岩的不良工程地质特性，提升地基填土的服役性能。然而，红层泥岩-黄土掺合料在冻融循环作用下的力学性能与抗变形能力演化规律尚不明确，相关研究还存在一定不足。为了查明冻融循环对不同配比红层泥岩-黄土掺合料力学特性的影响规律，本研究首先通过击实试验，明确了黄土掺量对掺合料最大干密度及最优含水率的影响；并采用三轴试验，探究了冻融循环对最优含水率和最大干密度条件下黄土与红层泥岩各自抗压强度和蠕变特性的影响规律；在此基础上，针对不同配比的红层泥岩-黄土掺合料，在最优含水率和最大干密度条件下经反复冻融后，开展了三轴抗压强度与蠕变特性测试。结果表明：随着黄土掺量的增加，掺合料最大干密度先升高后降低，在50%掺量时达到峰值，而最优含水率变化幅度较小；冻融循环作用对黄土抗压强度影响微弱，但会显著降低红层泥岩的抗压强度；两者的轴向蠕变变形均随冻融次数增加而整体增大，且红层泥岩增幅更为显著；当黄土掺量达到20%时，掺合料的抗压强度与长期抗变形能力均得到显著提升，继续增加黄土掺量仍可进一步提高性能，但增幅趋缓。因此，在黄土改良红层泥岩承载性能的工程实践中，建议黄土掺量不宜低于20%，若经济条件允许，可在此基础上进一步提高掺量。

为探究微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）技术固化铅污染煤矸石的力学性能与浸出特性，本文开展了碳酸钙生成量、冻融循环下的贯入强度、质量损失率、毒性浸出及微观分析试验。结果表明，随着铅离子（Pb²⁺）浓度的增加，MICP固化土样的贯入强度与碳酸钙生成量呈先升后降趋势，Pb²⁺浸出浓度逐渐升高；随着冻融循环次数增加，贯入强度先减弱后增强，质量损失率先升高后降低，Pb²⁺浸出浓度升高，固化率降低。冻融循环作用未改变主要矿物成分，但MICP生成的碳酸盐矿物覆膜发生破碎，碳酸钙骨架遭到破坏，致使力学性能劣化。MICP在寒区环境下能一定程度提升煤矸石土体强度并降低Pb²⁺迁移性。本研究可为寒区煤矸石重金属污染治理提供理论依据。

在人工地层冻结法中，冻结壁厚度的合理控制对于保障开挖稳定性和减小冻融变形具有重要意义。然而，目前针对冻结壁外壁与周围地层间的热交换规律研究相对不足，导致冻结壁厚度控制缺乏系统的理论依据。本文基于COMSOL Multiphysics建立了地层冻结过程的水-热相变数值模拟方法，分析了人工冻结过程中冻结壁外壁与地层间的热交换规律，得到地层温度场达到稳态时，地层中任意截面的热通量趋于一致，并据此提出“冻结壁冷量需求”的概念，即稳态热通量。在此基础上考虑土层初始温度、土颗粒导热系数、目标冻结壁半径、含水率四种因素，开展了冻结壁冷量需求的正交数值试验，并建立了相应的预测模型。研究表明，当冻结壁厚度趋于稳定时，地层中任意截面的热通量基本相等，可将该值定义为冻结壁冷量需求，即冻结壁厚度稳定时，冻结壁外壁与周围未冻土体之间的热通量。各因素对冻结壁冷量需求的影响程度依次为：土层初始温度>土颗粒导热系数>目标冻结壁半径>含水率，其中土层初始温度与土颗粒导热系数为主控因素，占比分别为70%与24%，且冻结壁冷量需求随主控因素呈线性增长。基于上述规律，建立了冻结壁冷量需求预测模型。该模型能够有效表征冻结壁冷量需求的变化特征，可为无渗流条件下冻结法施工工艺设计与参数优化提供理论支撑。

冻结法施工中，冻结壁厚度是决定结构强度和土体变形的关键。滨海地层因渗流作用导致冻结壁出现非对称形态，需要进行冻结壁厚度的精确设计。针对不同渗流条件下的冻结壁厚度设计问题，本研究以福州地铁联络通道为背景，将冻结壁极限承载力与地表冻胀变形阈值分别作为冻结壁初选与优选厚度确定标准，利用数值模拟方法确定适用于渗流地层的冻结壁厚度设计区间。针对高渗流条件，建立冻结管优化布置方法，确保设计厚度同时满足结构强度以及地表变形控制要求。研究结果表明：地表冻胀变形量与冻结壁厚度呈正相关关系；渗流通过阻碍冷温传递，进而延长冻结壁成型时间；当渗流速度v≥0.9 m·d^-1时，冻结壁厚度无法同时满足强度与地表变形控制要求；通过冻结管在联络通道顶部拱形布置及上游侧局部加密排布方法，可有效规避渗流加剧地表冻胀变形带来的施工风险，优化后冻结壁厚度在v=1.0 m·d^-1时亦可同时满足强度与变形控制要求。

冻融循环作用使得青藏高原广泛分布的黏土整体性降低与结构损伤，加剧了土体裂隙的产生和扩展，对青藏高原基础设施安全及生态环境构成严重威胁。为了进一步探究冻融循环作用对青藏黏土蒸发、开裂的影响及相互作用机理，本研究在室内开展冻融循环作用下青藏黏土的蒸发开裂特性试验，采用扫描电子显微镜对土体微观结构进行观测，并基于裂隙处理软件获取表面裂隙率、裂隙平均宽度、裂隙总长度和分形维数等裂隙参数，进而定量分析裂隙相关参数随冻融循环次数的演化规律；在此基础上，结合蒸发进程定性讨论裂隙发育机制。结果表明：土体蒸发至稳定状态所需时间随初始含水率增大而延长，初始蒸发速率随冻融循环次数的增加而增大；冻融循环促进了表面裂隙率、裂隙平均宽度、裂隙总长度及分形维数等裂隙指标增大，且裂隙发育程度随初始含水率和冻融循环次数呈正相关关系，当冻融循环次数为10次时，初始含水率为30%的土体表面裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均达到峰值，分别为2.4%、57.4 cm、0.046 cm和1.52；冻融循环作用显著促进了水分迁移与蒸发进程，而蒸发进一步加剧了裂隙扩展，形成冻融—裂隙—蒸发协同作用的正反馈机制。本文研究成果揭示了冻融循环作用对青藏黏土蒸发开裂的作用机制，为青藏高原冻土区工程防灾与生态保护提供一定理论依据。

为研究冻融环境对黄土基床系数的影响，以宁夏固原地区黄土为研究对象，通过调控含砂率、含水率构建四种不同冻胀率的重塑土样。分别在10 ℃、0 ℃、-10 ℃和-20 ℃的不同温度，以及0次、1次和2次的不同冻融循环下，对不同土样开展三轴试验并进行有限元分析。结果表明：土样应力-应变曲线中的峰值强度随温度降低而提升，随冻融循环次数增加而衰减。不冻胀土和冻胀土的破坏形态由于孔隙结构与颗粒胶结状态的不同而呈现显著差异，不冻胀土发生脆性破坏，冻胀土发生延性破坏。冻胀率越低的土样基床系数越高，但冻胀率低于一定程度的土样易发生脆性破坏。冻融循环前5次土样损伤最为显著，15次后趋于稳定。考虑冻融损伤，修正了现有规范中未考虑冻融影响的取值偏差，提出冻融劣化系数，不冻胀土劣化系数为0.6，冻胀土劣化系数为0.7。综合试验与有限元分析结果，考虑冻融劣化效应，建议季节冻土地区不冻胀土基床系数取32~39 MPa⋅m^-1，冻胀土取6~7 MPa⋅m^-1。本文研究可为季节冻土地区基床系数取值提供参考。

利用水合物法在冻土区实施碳封存是一种稳定、高容量的新型碳封存技术，对水合物生成过程的机制探寻是影响封存工程实施效率及容量的基石。黏土作为冻土地层中的关键组分，其对水合物的生成特性及影响机制尚无统一定论。本研究以系列浓度（1 wt%~5 wt%）伊利石对水合物的生成动力学影响为主题，结合黏土悬浮液液滴及含黏土多孔介质两种实验体系，对水合物的成核及生长过程开展了动力学及形态学研究。实验结果表明，黏土的多成核位点、片层状结构以及表面带电特性加速了水合物的成核速率，而其高黏度特性则对水合物的生成及最终的转化率产生负面影响。从形态学角度分析发现，黏土水合物更具致密性及结构规则性，其对气相扩散的抑制作用显著降低了水合物的转化率。在伊利石对水合物初期生长的促进作用下，孔隙狭小的多孔介质储层内易于发生喉道堵塞现象，阻碍了水合物的进一步生成。本研究为伊利石影响下水合物生成过程的作用机制提供了新见解，为碳封存注入的相关工程设计提供参考建议。

红层弱膨胀土冻融过程中未冻水含量演变是影响桩承式高铁路堑上拱/下沉的关键因素之一。本文利用核磁共振系统，开展冻融弱膨胀土未冻水含量试验，分析总未冻水含量以及小、中、大孔未冻水含量随温度、膨胀值（量化后的膨胀潜势）、初始含水率的演化特征，揭示弱膨胀土冻融后各孔隙水持水量的变化规律，探究弱膨胀土冻融过程未冻水滞后效应，建立其冻融过程未冻水含量预测模型。结果表明，冻融过程中，弱膨胀土在-2~-4 ℃时未冻水含量发生剧烈相变。试样膨胀值越大，冰/融点越低，且冻融过程小、中孔与总未冻水含量越高。小、中、大孔孔隙水分别约占总孔隙水的40%、55%、5%。弱膨胀土冻融后，小、大孔孔隙水含量升高，中孔孔隙水含量降低，小孔孔隙水在膨胀值Z=40时增量达到最大值，占初始含水率的2.8%~4.2%，中、大孔孔隙水在w=15%时变化量达到最大值，占初始含水率的2.8%~7.1%。膨胀值和初始含水率对弱膨胀土未冻水的滞后效应影响显著。试样冻融过程未冻水含量预测模型约90%的理论值和试验值误差小于15%。

氧化亚氮（N₂O）作为一种强效温室气体，其生物地球化学循环是气候变化研究的前沿领域。冰川融水补给的河流作为对气候变化响应敏感的关键生态系统，其N₂O排放规律与影响因素尚不明确，这一认知空白限制了准确评估冰冻圈退化引起的气候反馈效应的能力。本研究以我国西部乌鲁木齐河及其源头天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称乌源1号冰川）末端融水为研究对象，通过对2021年消融季融水径流的系统观测，旨在揭示该类生态系统N₂O的排放规律与主控因子。结果表明：乌源1号冰川末端融水是N₂O的排放源，其N₂O平均浓度［（18.1±1.24） nmol⋅L^-1］与平均通量［（182.1±13.31） μmol⋅m^-2⋅d^-1］均显著高于下游乌鲁木齐河干流［分别为（14.8±0.41） nmol⋅L^-1与（112.08±4.59） μmol⋅m^-2⋅d^-1，浓度P<0.05，通量P<0.001］。基于实测通量和区域水体面积，估算乌鲁木齐河源区域河流垂向N₂O年总排放量为2.4 t。多元回归分析表明，N₂O的动态变化主要由代表生物底物有效性的硝酸盐（NO₃ ^-）主导，并与反映流域水-岩相互作用强度的总溶解性固体（TDS）显著相关。在全球变暖背景下，冰川退缩导致的融水水文情势变化，可能深刻影响该区域未来的N₂O源汇格局与排放强度。本研究结果为深入理解高山冰川融水系统中氮循环过程及其潜在气候效应提供了观测依据。

为系统理解内陆河流域地表水与地下水的相互作用进而为水资源联合调度提供理论依据与技术支撑，本研究以新疆阿克苏河中游为研究区，选取SWAT+模型和gwflow模块建立地表水与地下水耦合模型，揭示了阿克苏河流域中游地区地表水与地下水交互的时空变化规律。结果表明：（1）研究区内地表水与地下水的转化范围较大且转化频繁，山区支流地表水与地下水交互关系复杂；从冲洪积扇到干流两侧河漫滩区域呈现块状分布，地表水与地下水通过河道渗漏与排泄、上升至土壤剖面和溢出地表等形式完成多次转化。（2）地下水亏损主要发生在高程小于1 500 m和坡度0°~2°的区域内，亏损量的低谷出现在高程2 000~2 500 m和坡度2°~6°区域内。水量交换主要集中在坡度小于15°和高程小于2 000 m的区域内，其交换量占到全流域的75%以上；交换量在各高程带和坡度分级下总体呈现随高程升高和坡度增大逐渐降低的特征，各水文要素分别在不同高程带和坡度等级下出现极值。（3）2005—2019年阿克苏河中游区域地下水开采是地下水储量亏损的关键因素，年均衰减量为17.9 mm，地下水位的降低使河流与地下水的水力联系减弱，地下水补给量随之下降。

在气候变化背景下，冰川融水将成为下游生态系统溶解性有机质（DOM）的重要来源。冰川消融区雪冰中DOM的组成受光照与微生物活动等因素的影响，但其含量与组成的动态特征及主控机制尚不明确。为此，本研究在青藏高原北部典型大陆型冰川——老虎沟12号冰川消融区末端开展了为期30天的雪冰原位培养实验，并结合三维荧光光谱与傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）对DOM进行分子表征。结果表明，冰川表面DOC浓度变化主要受微生物过程调控，而有色DOM的芳香化程度与腐殖质类荧光组分含量则主要由光化学过程主导。整体而言，DOM分子组成受光化学与微生物过程的交互作用共同影响，该交互作用进一步调控了冰川表面DOM的生物可利用性及其环境归宿。这说明冰川表面DOM的生物地球化学行为具有高度复杂性，且紧密依赖于光化学与微生物过程的联合作用机制。

高寒草甸作为青藏高原重要的植被类型，其碳循环过程对气候变化极为敏感，但以往研究缺乏长期不同时间尺度的观测，难以准确揭示其碳通量对热量累积的响应规律。基于2007—2016年涡度相关系统观测数据，本研究系统分析了祁连山南麓高寒草甸生态系统总初级生产力（GPP）对生长季积温（GDD）的响应特征及其尺度依赖性。结果表明：日尺度，GPP与日平均气温（T _a）呈同步单峰变化，7月达峰值后回落，两者显著正相关（GPP=0.52T _a+0.63，R ²=0.47，P<0.001）。月尺度，GPP与GDD均于7月达峰值，平均GPP=（231.57±18.47） g C⋅m^-2⋅mo^-1，平均GDD=（332.12±23.56） ℃⋅d，5月为谷值，整体呈显著正相关（GPP=0.67GDD-3.56，R ²=0.82，P<0.001）。5月和9月GPP与GDD无显著关联（P>0.05），6—8月正向关联（P<0.05），7月相关性最强（R ²=0.66，P=0.004），反映盛夏水热同步对光合能力的最优支持。生长季尺度，GPP［平均值为（717.80±13.66） g C⋅m^-2］与GDD［平均值为（1 081.30±100.45） ℃⋅d］年际变异性大，但仍呈显著正相关（GPP=0.16GDD+547.75，R ²=0.49，P=0.023），表明积温累积在年际尺度上对碳汇的显著正向调控作用，但解释力弱于月尺度（R ²=0.82），可能受降水、辐射等年际因子干扰。整体上，GPP对GDD的响应具有尺度依赖性，表现在短期气候变暖可通过提升GDD增强区域碳汇功能，但当温度超过最适阈值后，碳汇增长将趋于停滞，以及干旱引发水分胁迫可能导致碳汇功能发生逆转。

资源基质包括凋落物、植物根系（如根系类型、根构型、死根及死根产物等）和根系分泌物，是推动人工草地土壤食物网物质循环和能量流动的基础，其输入和转化驱动着地上-地下生态过程的相互作用，不同植物资源基质质量及其物理结构和化学组成差异决定着人工草地的土壤理化性质、土壤生物群落结构和植物生产力的动态发展过程，对生态系统养分输入和周转过程的稳定和可持续发展具有重要意义。然而，目前关于资源基质的系统描述仅在天然草地的土壤微食物网中有所提及，在人工草地建植中的作用尚缺乏系统性认识。基于此，本文结合国内外有关人工草地的研究文献，系统梳理了资源基质定义、资源基质主要成分研究现状以及资源基质对土壤理化性质、土壤生物（土壤微生物、土壤线虫和土壤节肢动物）和草地生产力的影响，并对未来研究进行了总结展望。关于资源基质未来应加强以下几个方面的研究：（1）人工草地多种资源基质协同研究与全食物网整合研究；（2）资源基质新技术与跨学科融合研究；（3）加强草地资源基质区域尺度效应与气候变化响应研究，以期为生态系统功能和过程的整合研究提供理论依据。

高海拔寒区分布有大量冰川和多年冻土，是全球重要的生态屏障和水源涵养区，其生态环境对全球变化极为敏感。近年来，新污染物微塑料在高寒区的赋存与环境风险引起了高度关注。目前，微塑料在高寒生态系统中广泛分布，其赋存涵盖大气、冰川、河湖、土壤等多环境介质，是全球微塑料临时存储的“汇”与潜在的释放“源”。微塑料可通过干、湿沉降在冰川和积雪中积累，并伴随冰雪消融过程被释放至下游生态系统，进而通过食物链在生物体内富集。这一过程不仅对生物多样性、生态系统功能及稳定性构成潜在威胁，还可能通过生物地球化学循环产生更广泛的区域乃至全球性环境影响。本文系统综述了高海拔寒区典型环境介质中微塑料的赋存特征、迁移途径及其潜在生态风险的研究进展，并针对高寒极端环境特性提出未来重点研究方向。建议未来加强高寒区多介质、多界面的微塑料迁移、转化过程及其驱动机制的研究；编制适用于高寒极端环境的微塑料分析方法与环境标准；构建跨区域、跨介质的一体化监测网络，实现数据共享；建立能够反映高寒环境特殊性和生态脆弱性的微塑料污染风险评估模型，为制定有效的生态保护策略提供关键科学依据。

甘肃地貌复杂多样，在气候变暖与“双碳”目标的共同背景下，模拟甘肃省碳储量并探究其驱动机制，对优化土地利用结构和提升区域固碳能力具有重要意义。本文基于2000—2023年甘肃省多期土地利用数据，结合区域气候差异，对生物量和土壤碳密度参数进行修正，在此基础上构建PLUS-InVEST-Geodetector模型框架，以系统刻画土地利用与碳储量的时空演变特征，定量识别关键驱动因素，并模拟自然发展情景、经济发展情景和生态保护情景下2035年碳储量变化。研究表明：（1）2000—2023年，草地始终为甘肃省主要地表覆盖类型且面积稳定，耕地与未利用土地缩减，建设用地明显增加；（2）碳密度修正系数呈阶段性小幅波动，且生物量碳密度修正系数在各阶段均低于土壤碳密度修正系数；（3）全省碳储量呈先增后减趋势，2010年达到峰值3 108.00×10⁶ t C；全省碳储量呈现显著的空间异质性，表现为东南高、西北低的梯度分布格局；（4）碳储量空间分异受自然环境和社会经济因素共同影响，其中自然因素的解释力相对更强；NDVI和年降水量为主要影响因子，因子交互作用以增强效应为主；（5）情景模拟结果显示，至2035年不同发展路径下碳储量响应差异明显，生态保护情景增幅最为显著；耕地向林地和草地转化有助于提升区域碳储量。本研究可为区域碳储量评估与土地利用优化提供方法支持和决策参考。

城市作为集聚资源推动经济增长的核心载体，是能源活动和碳排放的重要来源，其低碳化已成为全球应对气候变化的战略重点。高原寒区城市因受海拔高、气温低、温差大、辐射强等自然条件影响，生态系统敏感而脆弱；经济系统资源依赖性强、多样性低、抗灾能力弱；能源系统则呈季节波动和随机性，低碳转型面临更大困难。近年来，尽管城市低碳化发展受到广泛关注，但高原寒区相关研究仍缺乏系统梳理。本文采用文献综述法，归纳了低碳能源、低碳产业、低碳空间规划和低碳建筑等领域的主要进展及挑战。高原寒区城市低碳化发展研究已从早期的能源评估与低碳建筑，逐渐拓展至低碳经济、空间过程与制度协同创新的领域。然而，在构建城市低碳适应理论、推进技术集成、建立创新体系等方面仍显不足。未来应加强多能系统协同优化与气候适应、产业韧性、生态安全与低碳空间规划统筹、低成本高性能长寿命供能技术及建筑一体化研究，以构建适用于高原寒区特色的城市低碳发展知识体系。

冰盖/冰帽底部的热状态直接控制冰体对冰底基岩的侵蚀强度，是理解冰川动力学及地貌演化过程的关键因素之一。厘清古冰盖/冰帽冰底热状态的空间结构及其主控因素，对于理解第四纪冰川地貌演化过程具有重要意义。然而，就青藏高原发育的局地古冰帽（如稻城古冰帽）而言，其冰底热状态空间结构及其控制因素的认识仍较为薄弱。本文聚焦于青藏高原东南部海子山地区稻城古冰帽主要覆盖区（高位夷平面），基于该区广泛分布的原位基岩面与冰川漂砾开展¹⁰Be和²⁶Al宇宙成因核素暴露测年研究。沿夷平面主轴自西向东共获得9个¹⁰Be暴露年龄［（15.1±1.0） ka~（148.3±9.3） ka］及2个与之配套的²⁶Al暴露年龄［（147.3±13.7） ka和（17.8±1.6） ka］，其与对应的¹⁰Be暴露年代在1σ误差范围内完全吻合。在此基础上，以区域冰川演化背景为前提，结合既有年代数据、地貌特征及侵蚀速率结果，厘定了末次冰盛期稻城古冰帽主体区域冰底的多热型空间结构，自西向东分别表现为冷底保存区、冷暖底混合区和暖底侵蚀区。进一步分析表明，这一空间异质性主要由下伏地形控制的冰厚分布情况及热量积累能力所致，并通过长期差异性侵蚀进一步塑造地形起伏，强化冷/暖底结构的分异。