探究石冰川的演变历史是揭示冰缘环境响应气候变化的关键，但是由于缺乏适合的测年材料等原因，石冰川年代学研究相对缺少。青藏高原东南缘的折多山广泛发育第四纪冰川作用和冰缘环境，为石冰川形成提供了有利条件。本文通过地貌调查和¹⁰Be暴露测年，对折多山一条冰碛型石冰川进行了精准定年，探讨了其形成年代和发育特征。结果表明，该冰碛型石冰川的形成时间约为（11.8±0.3） ka，对应末次冰消期晚期。末次冰消期叠加千年尺度的气候事件导致区域发生多次寒暖气候变化，引发冰川反复进退，大量冰碛物的搬运堆积过程强烈塑造着地貌景观，促进了多年冻土规模不断扩大，为石冰川提供了物质基础和冰缘环境。综合青藏高原与北半球其他地区的石冰川研究，发现末次冰消期的石冰川形成年代与发育特征具有相似性，即冰川大规模消融期间，突发的降温事件导致冰川与冰缘区扩张，气温升高时冰川消退区成为新的冰缘环境，同时产生融水和沉积物，促进了石冰川的发育。气候变化引起冰川反复进退、多年冻土区扩张、石冰川发育等冰川冰缘地貌过程，一定程度上说明了冰期间冰期旋回中冰川冰缘地貌过程的相互作用是理解冰冻圈响应气候变化的关键。

基于已有研究的综述和近期工作，收集和梳理了2013—2023年冰川物质平衡已有成果，归纳得到了目前常用的冰川物质平衡研究方法及模型，并总结了我国冰川物质平衡研究现状。结果表明：目前常用的冰川物质平衡研究方法可分为三类，分别为传统冰川学方法、影像大地测量法及卫星重力监测法。此外，还有一种以建立物质平衡（冰川积累和消融代数和）与气象要素变化之间关系为核心的冰川平衡模式，这种基于能量平衡方程的模式称为冰川物质平衡模型，在研究中可将其分为三类，分别为冰川平衡半经验模型——度日因子模型、能量-平衡模型以及冰流模型、物质平衡模型的耦合模型——开放全球冰川模型（OGGM）。在全球气候变暖的影响下，中国冰川整体呈现负平衡趋势和区域差异性。其中，祁连山老虎沟12号冰川物质亏损尤为强烈，1991—2020年累计损失-71 760 mm w.e.；昆仑山区域早期物质平衡相对稳定，后逐渐出现负平衡，马兰山东段冰川于2000—2020年累计损失-300~-180 mm w.e.；天山区域整体受气温影响较大，负平衡趋势显著，玛纳斯河流域内冰川在2000—2016年间累计损失-9 811.19 mm w.e.，天山乌鲁木齐河源1号冰川在1956—2016年间累计损失-17 351.5 mm w.e.；唐古拉山区域物质平衡变化与昆仑山区域变化相似，但其负平衡较昆仑山区域更为显著，冬克玛底河流域内冰川在1966—2015年内累计损失-7 550 mm w.e.；喜马拉雅区域冰川有轻微负平衡状态，羊卓雍措两岸冰川在1987—2021年累计损失-930 mm w.e.；阿尔泰山冰川整体为负平衡状态，2000—2010年的亏损程度要大于2010年后的亏损程度。

科学数据已成为战略性资源，科学数据中心作为科学数据长期保存和开放共享的重要载体，支撑着科技创新发展。基于30多年的科学数据建设积累，国家冰川冻土沙漠科学数据中心聚合了60%以上国内冰川冻土沙漠研究领域的科学数据。为了推动本领域科学数据资源的开放共享，国家冰川冻土沙漠科学数据中心研究了寒区旱区科学数据的资源体系建设，数据共享的机制和方法。本文通过回顾国家冰川冻土沙漠科学数据中心的发展历程、建设思路，从标准规范体系建设、数据资源管理、系统平台建设、共享服务成效与进展等方面，总结了国家冰川冻土沙漠科学数据中心在寒区旱区科学数据共享领域的研究实践。最后，针对国家科学数据中心的可持续发展给出未来展望。

为探究黑龙江省冬季气温变化和极寒天气特征，应对极端气候事件，选取黑龙江省84个国家气象站1961/1962—2022/2023年冬季逐日气温数据和ERA5再分析数据，利用天气学和统计学等方法，分析了黑龙江省冬季气温的时空分布特征，对发生极端气温时的大气环流进行探讨，并筛选出对冬季气温有较好指示意义的大气环流指数。结果表明：黑龙江省冬季平均气温和极端最低气温随纬度呈南高北低分布，且均呈升温趋势，极寒天气呈减少趋势，但极寒天气的最长持续时间和最大影响范围并没有明显的减少趋势。极寒天气主要发生在黑龙江北部，其中大兴安岭占总极寒日数的68.7%，小兴安岭占27.6%，其他地区仅占3.7%。极寒天气多发生在1月，占冬季极寒天气总数的56.9%，12月次之（24.5%），2月最少（18.6%）。冬季平均气温和极寒站次在20世纪80年代发生突变，而极端最低气温在20世纪90年代发生突变，与北极涛动（AO）、东亚大槽强度以及秋季北极海冰面积的突变较为一致。黑龙江省冬季气温主要受极地环流影响，极涡偏南可能导致黑龙江省出现持续时间较长的极寒天气。黑潮区海温指数（KCSST）、东亚槽强度指数（EATI）和斯堪的纳维亚遥相关型指数（SCA）与黑龙江省冬季气温相关性较好，对预测未来极端气温变化有较好的指示意义。

近年来，季节冻土区滑坡灾害的发生频率逐渐增加且危害加重，引起人们的广泛关注。相对于非季节冻土区，季节冻土区的积雪消融和土体冻融的物理过程是否对滑坡产生影响，有待进一步研究。2002年5月9日发生在中国天山伊犁地区的一个巨型黄土滑坡群（加郎普特滑坡群）为本研究提供了一个理想案例。本研究基于实地勘察、遥感影像判识、气象数据分析和黄土特征试验等方法，探究加朗普特滑坡群的形成过程，揭示其破坏模式和失稳机理。研究表明，加朗普特黄土滑坡群由3个滑坡构成，总堆积方量约1 735.5×10⁴ m³，滑动过程断断续续持续了2天，其形成与发展是多级、多次的推移式滑动破坏过程。加朗普特滑坡群的发生是早期融雪和后期暴雨耦合触发的结果。春季气温异常升高驱动的积雪融水影响斜坡前期变形演化，极端暴雨是滑坡发生的激发因素。另外，特殊坡体结构和地层组合为黄土滑坡发生提供了物质结构基础。结合斜坡变形过程我们建立了考虑降水入渗和冻融循环作用的黄土斜坡变形破坏模式，并提出了黄土斜坡滑面静态液化和坡脚滑动液化的联合是诱发黄土滑坡发生的重要机理。随着气候变化驱动的异常升温事件增多，未来天山季节冻土区发生大型黄土滑坡的风险极高。本研究对认识融雪诱发黄土滑坡的形成机制提供新思路，对理解季节冻土区滑坡的早期预警和风险评估具有重要意义。

斯瓦尔巴群岛是全球对气候变化最为敏感的地区之一，受北极放大效应影响，该地区的冰川正在经历显著的萎缩。已有研究表明，斯瓦尔巴群岛冰川质量亏损正在加速，但目前对该地区跃动冰川造成的总体冰量损失尚不明确。本文利用高精度ICESat-2激光测高数据，采用改进的分类方法对2019年3月至2022年6月斯瓦尔巴地区冰川表面高程变化进行了研究。结果表明：2019—2022年斯瓦尔巴地区冰川整体表面高程呈现下降趋势，平均表面高程变化率为（-0.94±0.23） m·a^-1，对应的体积变化趋势为（-31.62±7.73） km³·a^-1。其中，跃动冰川面积约占22%，跃动冰川的体积变化趋势为-13.23 km³·a^-1，占该地区冰川总体积变化趋势的42%，因而跃动冰川变化是导致该地区总冰量减少的主要原因之一。斯瓦尔巴地区面积最大的潮水跃动冰川，Storisstraumen，在过去20年间其面积扩大了约284 km²；在本文研究时段内，其体积变化趋势为-5.67 km³·a^-1，占该地区总冰体积变化趋势的18%，该地区气温的升高很可能加剧了Storisstraumen冰川的跃动，目前该冰川仍处于跃动期。本文不仅揭示了2019—2022斯瓦尔巴地区冰川的表面高程变化特征，同时量化了跃动冰川在整体冰川体积变化中的贡献，这可为更深入理解该地区冰川变化动态提供依据。

北极监测与评估计划（AMAP）工作组于2021年发布了《北极环境的汞》科学评估报告，基于近年来北极环境介质中汞的观测和模拟研究，评估了北极环境介质的汞含量和储量水平，并预测了未来北极环境中汞含量的潜在变化。报告指出，全球大气汞排放主要源于北极以外地区（>98%），部分大气汞可随大气环流远距离传输并沉降至北极生态系统，进而参与北极地区汞的生物地球化学循环。其中2/3的北极大气汞沉降至陆地环境，1/3沉降至海洋环境。陆地环境的汞主要储存于土壤、冰川和积雪中，这部分汞可在河流输运和海岸侵蚀作用下输入北冰洋。汞也可经洋流作用输入北冰洋。储存于北冰洋的汞又可经逃逸至大气、埋藏于大陆架和深海盆地及洋流流出而去除。北极环境的汞主要以无机形式赋存，部分可在厌氧环境中经微生物甲基化过程转化为甲基汞。相比气候变化，初级排放减少对未来北极环境汞含量变化的影响更大。因此，需实施严格且可行的全球人为汞减排政策，以期在未来20年降低北极环境汞含量。报告也指出，未来需更好地量化北极局地汞排放、加强汞的关键环境过程的研究和模型开发、研究携带汞甲基化和去甲基化基因的微生物群落、进行一致的初级排放和气候变化预测及编制全球人为汞排放清单等，以准确评估北极环境汞循环、预测北极环境汞含量变化。

冰湖溃决洪水是一种自然灾害，常常造成重大人员伤亡和财产损失。冰崩、岩崩、滑塌等斜坡运动是最常见的冰湖溃决洪水触发因素。巨大的位移波造成冰碛堤被侵蚀下切再溃决的直观想法简单明了，但这种解释还是存在许多问题。冰碛湖为浅长湖泊，物质流产生的涌浪类型只有孤立位移波。在不考虑反射损失的情况下，一次往返反射后的位移波，其振幅不到原振幅的37%，可以翻越冰碛堤的位移波，可能只有第一次传播到冰碛堤的位移波。侵蚀通常是一个相对缓慢的过程，在单个位移波通过冰碛堤的水动力过程中，其时间尺度相对较短，要完成对冰碛堤的全部侵蚀是不够的，仅一阵涌浪造成的冰碛堤侵蚀很小，不足以溃决冰碛湖。然而，恒定的水流以溢流的方式侵蚀进而溃决，要比以波浪漫过坝顶的侵蚀方式溃决容易得多。巨大的波浪必须由大体积的冰崩或滑坡进入湖泊而产生，并导致水位大幅上升，水位升高是冰碛湖溃决的主要原因。本研究对西藏6个典型冰湖展开调查，其中3个发生过溃决。在室内进行了一系列冰碛坝溢洪道溢流引发铠甲层破坏的实验研究，当铠甲层被溢流冲走后，就会发生冰碛堤溃决。当溢洪道底床坡度小于19.6°时，起动铠甲层颗粒的模式为河流输运模式。当溢洪道底床坡度大于25.2°时，起动铠甲层颗粒的模式为底床破坏模式。当溢洪道底床坡度在19.6°~25.2°范围内时，起动模式为河流输运和底床破坏两种混合模式。在河流输运模式中，冰碛堤溃决临界水深和铠甲层粒径之比与溢洪道坡度转折点上下游的坡度差成反比。对于铠甲层的底床破坏模式，冰碛堤溃决临界水深与铠甲层粒径之比为一个固定值。本文的冰碛湖溃决临界水位模型在中国西藏和加拿大不列颠哥伦比亚省的野外资料中得到了较好的验证。

地表能量平衡是地气相互作用研究的重要内容，对能量交换、物质循环、气候环境变化、生物多样性等方面均具有重要意义。青海湖流域是青藏高原生态安全的重要屏障，沼泽湿地是流域内主要的生态系统类型，但针对青海湖流域沼泽湿地能量平衡方面的研究较少。基于此，本研究利用2019年瓦颜山综合观测场获取的能量平衡观测数据，分析了青海湖流域高寒沼泽湿地地表能量平衡变化特征。结果表明：瓦颜山沼泽湿地地表辐射通量均具有显著的季节变化特征，向下和向上短波辐射通量表现为春季>夏季>秋季>冬季；净辐射、向上和向下长波辐射通量表现为夏季最大，春、秋季次之，冬季最小。能量平衡特征具体表现为净辐射主要被潜热通量和感热通量消耗，占比分别达全年有效能量的60.6%和35.3%，夏、秋季主要消耗潜热通量，冬、春季主要消耗感热通量。沼泽湿地相较于青藏高原其他下垫面，地表潜热通量在夏、秋季占比更大，可占有效能量的75%以上。瓦颜山沼泽湿地全年地表能量闭合率0.69，冻结期和非冻结期闭合率分别为0.51和0.74。

作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所，活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据，基于修正Stefan模型对三江源区多年冻土活动层厚度的空间分布特征及其未来变化趋势进行了研究，并对可能影响活动层厚度变化的因素进行了讨论。结果表明，1981—2018年，活动层厚度增大的速率达7.2 cm∙（10a）^-1。未来活动层厚度仍呈现增大的趋势，增大最明显的是三江源中部地区。2006—2049年，活动层厚度以4.3 cm∙（10a）^-1（RCP6.0）到6.8 cm∙（10a）^-1（RCP8.5）速率增大；2050—2099年，以0.04 cm∙（10a）^-1（RCP2.6）到5.6 cm∙（10a）^-1（RCP8.5）速率增大，明显小于前50年的增大速率，活动层厚度增大速率变缓。对活动层厚度变化影响因素分析表明，影响最大的是年平均气温，年降水量的影响并不明显，而NDVI对活动层厚度有一定的影响。本文的结果将会对三江源区的水源涵养、气候调节和生态安全等方面产生重要影响。

冰川表面裂隙对于分析冰川的运动状态、稳定性、物质平衡以及内部和表面应力有着非常重要的作用。利用无人机搭载的高分辨率相机进行航测，可以精确获取复杂冰川表面地形的细微特征。本文以青藏高原东南部岗日嘎布山的雅弄冰川为研究对象，使用大疆M300 RTK无人机航拍获取到0.03 m空间分辨率的正射影像，采用深度学习网络模型开展冰川表面裂隙的自动提取研究。结果表明，使用本文提出的CBAM-UNet模型提取冰裂隙的性能优于经典U-Net、DeepLabV3+、PSPNet和HRNet等模型，提取的冰裂隙精确率可达到90.74%。受雅弄冰川运动的影响和地形因素制约，冰川末端主要涵盖了横向裂隙、伸展裂隙、雁列裂隙、边缘裂隙等四种冰裂隙类型以及少量分布的冰崖裂隙，基本成片分布在变化剧烈的冰川区。基于高分辨率无人机影像和深度学习的冰川表面裂隙智能提取方法，可为监测冰川变化及其与气候变化的响应提供新的技术手段。

降水氢氧稳定同位素（δ¹⁸O和δ²H）作为水循环过程的有效示踪剂，可以揭示水汽来源和水汽传输路径。为了认识季风和西风水汽来源对拉萨河源廓琼岗日冰川流域降水δ¹⁸O的影响，利用2020年7月—2023年7月期间在廓琼岗日3个采样点收集的347个事件降水样品，研究了该区降水δ¹⁸O的变化特征、大气降水线及其与气象要素和对流活动的关系。结果发现，研究区内冰川末端（海拔5 544.5 m）、流域源头（海拔5 374.0 m）和流域出口（海拔4 941.3 m）3个采样点2020年7月—2023年7月期间的温湿度、降水量差异较小；并且在2020年7—8月期间，3个采样点降水δ¹⁸O和降水线均相近，反映了廓琼岗日冰川流域内部气候差异较小。分析流域出口处2020年7月—2023年7月期间降水δ¹⁸O显示，日尺度降水δ¹⁸O以6月中旬为界，前一阶段较高，后一阶段较低；月尺度降水δ¹⁸O极高值在6月，极低值在9月。流域内季风期降水线的斜率和截距（8.12、11.78）明显小于非季风期（8.79、23.18），反映了季风期降水的水汽来源地具有较高的相对湿度；全年范围（8.27、15.10）和季风期降水线的斜率和截距更相近，可能与该流域内季风期降水占全年降水比例较大有关。廓琼岗日冰川流域季风期降水δ¹⁸O在月尺度上呈显著的温度效应，全年范围降水δ¹⁸O在日尺度上呈显著的降水量效应。降水事件前1~6天的对流活动对降水δ¹⁸O具有贫化作用，并且其影响在季风期较明显。后向轨迹追踪表明，印度季风携带的水汽为该区域带来了几乎全年的降水，季风会使该区域降水δ¹⁸O逐渐贫化。以上研究内容初步揭示了青藏高原南部高寒山区降水δ¹⁸O的变化特征及其影响因素，可为高寒地区水循环研究提供基础资料。

气候变暖导致了青藏高原冰川退缩、冻土消融，对自然生态系统造成了严重的影响。近年来高原变暖持续加剧，2022年经历了1961年以来最暖的夏季，青藏高原中东部区域夏季平均最高气温（T_max）和最低气温（T_min）比1961—1990年分别增暖了2.37 ℃和2.51 ℃。本研究利用模式评估和重建相结合的方法，揭示人类活动对青藏高原地区极端温度事件的影响，并预估未来的变化。研究表明：人类活动排放的温室气体增加了青藏高原2022年夏季发生极端高温事件的概率，极端T_max事件在人类活动影响和自然因子影响下发生的概率分别为3.67%和0.012%，人类活动对2022年夏季极端T_max事件贡献为1.26 ℃（0.86~1.68 ℃）；极端T_min事件在有人类活动影响下发生概率为23.5%，而在自然因子影响下没有检测到发生类似强度的事件。人类活动对2022年夏季极端T_min事件贡献为2.35 ℃（1.89~2.81 ℃）。CMIP6模式低估了青藏高原地区观测到的气温变化，基于归因约束方法校准了模式对观测的模拟偏差，预估显示，在共享社会经济路径中等排放情景下（SSP2-4.5）青藏高原夏季平均最高气温和最低气温未来将继续增加，未来青藏高原发生类似2022年极端高温事件风险不断增大。

冰川厚度和地形数据是开展冰川动力学模拟研究的基础，分析冰川厚度分布和地形特征对于认识冰川运动速度、应力和冰川变化特征具有重要意义。2021年9月开展了祁连山宁缠河3号冰川探地雷达测厚工作，并运用普通克里金插值法对所测冰厚和冰面高程数据做空间插值处理，根据数据结果分析了冰川剖面和整体厚度分布及地形特征，还进一步研究了冰川近年来的变化。结果表明：宁缠河3号冰川冰体较厚的部位主要分布在底床地形较为平坦的区域内，冰川厚度大致上呈现由中部向边缘递减的趋势，随海拔高度上升则表现出“先增大、后减小”的特点；冰床地形的起伏变化相较于冰面更加强烈，并且冰床横剖面上存在斜坡、复式槽谷和V形谷等多种地形形态；2021年宁缠河3号冰川面积约为1.08 km²，最大厚度为60 m，平均厚度为24.1 m，冰储量为0.026 km³；2009—2021年冰川面积、平均厚度和冰储量分别减少0.123 km²、3.3 m和0.007 km³，年均变化率分别为-1.03×10^-2 km²·a^-1（-0.86%）、-0.28 m·a^-1（-1.00%）和-5.83×10^-4 km³·a^-1（-1.77%），与1972—2009年期间相比，冰川萎缩速率加快，夏季（6—8月）平均气温升高是其主导因素；1972—2021年间冰川储量变化一直以厚度减薄的形式进行。

积雪是北疆地区季节冻土冻融循环的主要控制因素，季节冻土又通过改变浅层土壤的冻融相态来影响积雪融水的下渗，但该地区消融季浅层土壤的冻融状态并不清楚，致使难以从机理层面准确评估积雪和冻土协同对土壤水分的调节作用。为此，本研究基于1961—2011年阿尔泰山地区6个气象站点的积雪与冻土地面监测数据，应用高斯模型和玻尔兹曼模型进行分析，在划分多雪年、少雪年和正常年的基础上，分析了北疆地区积雪和季节冻土的基本特征，详细探讨了消融期浅层土壤的冻融状态。结果表明，该地区各站点的多年平均积雪持续期为123.2 d，多年平均最大雪深为29.7 cm；季节冻土多年平均冻结期为150.9 d，平均最大冻结深度为120.3 cm。总体上，积雪呈现增加趋势，主要表现为雪深的增加；而冻土则呈现退化趋势，主要体现在冻结期缩短和最大冻结深度减少。不同类型积雪年冻土融化结束时间和积雪消融结束时间的对比分析显示，70%的多雪年和60.5%的正常年冻土融化结束时间分别比积雪消融结束时间早8.2 d和5.5 d；而少雪年冻土融化结束时间则比积雪消融结束时间晚13.2 d。总体上，所有站点的结果表明，随着积雪的增加，消融期季节冻土处于融化状态的概率也将显著增加，积雪融水对土壤水分的补给能力增强，这将导致积雪融水在土壤中的滞留时间延长，积雪-冻土的这种协同机制将显著影响积雪融水的入渗并改变积雪水文的产汇流过程，使更多的积雪融水补给土壤，并加强融雪水与地下水的交换，有利于干旱区积雪融水的有效利用。

近年来，随着冰雪旅游产业的快速发展，我国东北地区凭借丰富的冰雪资源，成为冰雪旅游的重要目的地。如何提升冰雪旅游的整体发展效率、实现资源的可持续开发，成为当前亟待解决的问题。本文运用三阶段超效率SBM模型测算了东北地区冰雪旅游发展效率，并结合压力-状态-响应理论，利用面板Tobit模型分析了效率的影响因素。研究结果表明：（1）2015—2023年东北地区冰雪旅游发展效率整体呈波动上升态势，规模效率是造成低效率的主要原因；（2）2015—2023年东北地区冰雪旅游发展效率呈现“由沿海向内陆递减”的空间分布态势，并形成了以沈阳和哈尔滨为中心的两个冰雪旅游圈，效率均值从高到低依次为辽宁省、吉林省、黑龙江省和内蒙古自治区东部地区，大部分城市未达到理想状态，冰雪旅游资源开发的区域不平衡、不稳定现象较为突出；（3）东北地区冰雪旅游发展效率受城市压力、状态和响应等方面因素的影响，在发展冰雪旅游业时，应平衡社会压力和生态压力，加强社会响应，避免“过度旅游”局面的出现，以进一步实现冰雪旅游与生态环境的深度融合。本文对推动东北地区冰雪旅游的可持续发展、提升区域旅游竞争力具有一定的理论和现实意义。

青藏铁路作为国家重要战略通道和西藏经济发展的关键支撑，在其建设中广泛采用了以桥代路的冻土保护措施。然而，随着全球气候变暖和人类工程活动增加，多年冻土区路桥过渡段出现了大量工程病害，如路基沉降、桥梁结构变形等。本文结合以往研究资料，从病害类型、病害成因、现有处置措施、面临问题分析四个方面，对路桥过渡段工程病害的研究现状进行梳理和总结，结合青藏铁路路桥过渡段病害一体化处置技术试验示范工程的最新观测结果，提出未来工程病害处置方向和建议。桥体结构热源作用诱发的非均匀冻土退化是路桥过渡段差异沉降的主要原因，而桥梁结构变形一方面由冻土地基承载力下降引起，另一方面则主要受到了桥台背后填土的季节冻胀作用。随着青藏高原暖湿化持续加剧，未来青藏铁路多年冻土区路桥过渡段面临更高的病害发生风险，传统补强措施已不足以应对未来风险挑战。一体化处置技术对于路桥过渡段工程病害处置展现出了良好成效，在一年内实现了高温冻土向低温冻土的转变，同时实现稳定性的快速提升，该技术对于进一步提升青藏铁路工程质量和可持续发展具有现实意义。

祁连山山地冰川的变化不仅是气候变化的直接反映，也对淡水资源有重要的影响。近年来祁连山冰川处于退缩失稳状态，为深入理解21世纪祁连山冰川对气候变化的响应方式及变化幅度，选取受西风带影响强烈的七一冰川与受季风影响较大的冷龙岭2号冰川为例，通过分析遥感影像以及数值模拟，发现两条冰川在1990—2022年面积分别减小10.28%和19.04%。为探讨两条冰川未来的变化，利用CMIP6模式数据驱动考虑冰川流动的OGGM模型，结果表明在高排放情景下（SSP5-8.5），到21世纪80年代，七一冰川地区气温将比1990—2015年升高4.1 ℃，届时冰川将完全消亡。而祁连山东段气温升高更快，预估冷龙岭2号冰川将在2075年左右完全消亡。即使在最理想的碳排放情景下（SSP1-2.6），祁连山地区气温到2050年比1990—2015年预估升高1.0 ℃，将导致两条冰川至2080年时退缩成冰斗，届时七一冰川面积和体积只有2020年的22%和8%，而冷龙岭2号冰川则仅为17%和6%，由此导致两条冰川的径流到本世纪末将分别减少28.98%和41.82%。因此，不论在哪个气候情景下，祁连山冰川在21世纪都将大幅度退缩，甚至消失，由此造成的环境和水资源问题，需提前规划应对。

全球气候变暖导致多年冻土快速升温，并逐渐退化为季节冻土，而多年冻土和季节冻土在土壤稳定性、水分传输及地气交换等方面存在显著差异。因此，探究多年冻土与季节冻土的冻融特征差异具有重要意义。本文基于水热耦合模型（SHAW），以黑河上游祁连山区的大沙龙站（多年冻土）和阿柔站（季节冻土）为研究对象，对土壤温度、湿度和土壤冻融过程进行模拟分析。结果表明：SHAW模型在模拟两种类型冻土站点水热过程时均显示出了良好的精度，在多年冻土站点的总体表现更好。具体而言，多年冻土/季节冻土站点的土壤温度和土壤湿度的平均纳什效率系数（NSE）分别为0.95/0.91和0.74/0.37。同时，两个站点的水热过程差异显著，多年冻土站点模拟期平均冻结速率（6.75 cm·d^-1）显著大于季节冻土站点（1.33 cm·d^-1），而平均融化速率（2.11 cm·d^-1）略小于季节冻土站点（3.15 cm·d^-1）。由于多年冻土站点的下伏多年冻土层起着“地下冷源”的作用，深层（80 cm以下）土壤温度的季节波动幅度小于季节冻土站点。本文结论可为研究黑河上游多年冻土与季节冻土的冻融差异提供参考。

青藏高原是气候变化的敏感区与启动区，其存在深刻地改变了亚洲大气环流。为深入理解该区域气候变化的历史与未来趋势，探究青藏高原气候要素在不同时空尺度上的变化历史及其驱动机制至关重要。树轮作为最可靠的古气候重建代用资料之一，在该区域气候变化研究历史中得到了广泛应用。本文通过查询国际树轮数据库和检索关键词的方法，整理了青藏高原地区427篇文献中1 436个采样点的年表数据，概述了自1990年以来该地区树轮气候学方面的研究进展。树轮宽度（TRW）指标的相关研究分布最广，涉及70个树种，年表长度多为300~600 a，超过2 000 a的年表集中在青藏高原东北部，TRW多用于重建水文气候和温度。树轮最大密度（MXD）指标的相关研究集中在横断山脉，常用研究树种为川西云杉，年表长度较短，主要用于重建生长季温度。稳定氧同位素（δ¹⁸O）主要记录水文气候信号，研究分布在横断山、祁连山及喜马拉雅山脉周边，年表长度多数短于200 a，最长可追溯至公元前4680年。稳定碳同位素（δ¹³C）研究较少，分布在西藏和祁连山，年表多短于200 a，最长为1 171 a，可用于重建温度和水文气候。未来可通过延长MXD和同位素年表长度、多指标综合分析、改进去趋势处理等方法来提升气候重建的精度。此外，结合树轮记录与现代气象数据研究极端气候事件的频率和强度变化，以及结合树轮生理学和生态学的研究，将有助于深化对该地区气候变化的理解。

MODIS V6不再提供二值积雪分布及积雪面积比例产品，而是仅仅给出像元的归一化差值积雪指数NDSI。因此，基于MODIS V6进行积雪制图时，NDSI阈值的选取及相应的积雪制图精度有待研究。本文基于2013—2021年间250个地面气象站点逐日实测积雪深度数据，对中国三大典型积雪区内1 927景MOD10A1和1 936景MYD10A1影像中的NDSI_Snow_Cover波段进行评价，分别计算了逐站点像元在积雪产品制图中的最优精度及对应的最优NDSI阈值，并对影响精度的因素进行了分析。基于站点雪深的评价结果表明：（1）1 cm雪深阈值下，MOD10A1和MYD10A1的最优NDSI阈值均值±标准差分别为0.16±0.09和0.17±0.10，对应的总体精度OA、FS指数和CK指数的均值±标准差分别为0.96±0.05和0.94±0.05、0.84±0.19和0.75±0.24、0.81±0.20和0.71±0.24，MOD10A1的精度要优于MYD10A1。（2）MODIS积雪产品精度具有明显的空间异质性，青藏高原地区要远小于东北-内蒙古地区和北疆地区。（3）基于站点的积雪制图精度评价中，站点雪深阈值将会影响评价结果。采用2 cm和4 cm雪深阈值评价MOD10A1和MYD10A1时对应的积雪制图精度最高。（4）积雪存在率SCO、积雪持续时间SDI与积雪产品MOD10A1和MYD10A1的精度CK存在显著的正相关关系，相关系数分别为0.72和0.77、0.67和0.71。（5）青藏高原地形复杂，积雪以浅雪为主，站点积雪信息不能很好地代表像元。因此，对青藏高原积雪产品的精度评估，最好采用同步的无人机观测或者更高分辨率的遥感影像。

为了揭示主应力轴旋转条件下初始应力状态对冻结黏土动力特性的影响，利用冻土空心圆柱仪实现了纯主应力轴旋转的圆形应力路径，在圆形应力路径基础上开展了一系列室内空心扭剪试验，研究了初始应力状态对冻结黏土累积塑性应变、应力-应变滞回圈和动模量的影响。结果表明：纯主应力轴旋转条件下试样承受的初始应力越大时，冻结黏土空心圆柱试样的累积塑性应变发展速率越快，产生的最终累积塑性应变也相对较大。另外，发现纯主应力旋转条件下随着初始应力的增大，冻结黏土试样轴向应力-应变和剪切应力-应变滞回曲线倾斜度增大，冻结黏土试样的轴向回弹模量和剪切模量也增大，且不同循环应力比下轴向回弹模量和剪切模量与静偏应力比之间呈线性关系。研究结果有助于完善寒区工程和人工冻结工程设计理论。

南极海冰产量对全球气候系统的调节发挥了重要作用，其中，罗斯冰架冰间湖区域的贡献尤为显著。罗斯冰架冰间湖属于沿岸冰间湖，风吹作用引起的沿岸冰间湖对海冰产量的贡献不可忽视。本文利用Sentinel-1/SAR数据确定风吹作用下冰间湖的范围，然后利用AMSR2数据获取冰间湖区被风吹走的海冰厚度。通过此方法，本研究识别了2019—2021年罗斯海地区每次风吹冰间湖范围以及风导致的冰间湖海冰产量，并结合已有研究，分析了2017—2021年罗斯海地区风吹冰间湖产冰面积、厚度及体积的年内和年际变化。结果显示，风吹冰间湖事件主要集中在每年的3月中旬至11月中旬，海冰产量主要集中在7月、8月、9月，事件平均厚度范围1~30 cm，年度次数72~114次，体积范围196~284 km³，5年间海冰产量呈现了先上升再下降的趋势。与传统的海冰体积测算方法相比，本方法精确识别和量化了罗斯海地区冰间湖的范围和冰间湖产冰事件的时间及频次，为理解南极海冰在全球气候变化中的作用提供了新的科学证据。

积雪对下伏活动层、融区和多年冻土管基的水热和水文状态影响很大，同时对其力学性质和冻融灾害的发展变化也可产生重要影响。本文以中俄原油管道基础为研究对象，建立了随积雪深度动态变化时，在管道运行和有冰水相变条件下的埋地管道与周围管基土热相互作用的数值模型。研究结果表明，同一区域不同上边界条件对冻土温度场影响差异较大，尤其是当上边界条件中考虑实际的积雪影响时，会极大地影响管基土温度场的分布和活动层厚度。在30年管道运行影响下，地表有雪和无雪条件下的最大融化深度分别达到6.32 m和5.39 m，并且冬季积雪的存在导致土体温度上升，加剧了管基土的融化，导致管道正下方融化层不断增厚；有雪条件下地表0.05 m和1.00 m埋深处每次达到的地温最小值比无雪条件下高4.5 ℃和2.4 ℃左右，每年达到地温最小值时间也比无雪条件延缓10 d左右。因此，建议在管道设计和维运时充分考虑积雪对管基土的影响，采取相应管护措施，减小管道和积雪共同作用时对管周土体的影响。

湖冰物候是湖泊结冰、消融等现象的季节性变化，对区域气候变化有重要的指示作用。本文基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE），使用250 m空间分辨率MODIS地表反射率产品MOD09GQ和MYD09GQ、Landsat系列遥感数据，对蒙古高原10个大型湖泊（面积大于200 km²）2000—2021年的湖冰物候变化进行研究，并结合气象数据分析其与气温、降水以及蒙古高压变化的相关性。结果表明：（1）湖泊整体在11月至12月中上旬期间开始结冰，在11月中旬至12月下旬完全冻结，进入湖泊封冻期；翌年4月下旬开始融化，所有湖泊在6月初完全融化，10个湖泊的平均湖冰存在期为169 d。（2）研究区湖泊湖冰物候整体表现为冻结日推迟、融化日提前、湖泊完全封冻期以及湖冰存在期缩短的趋势。具体表现为开始冻结日与完全冻结日的平均变化率分别为1.88 d·（10a）^-1和1.91 d·（10a）^-1；开始融化日与完全融化日的平均变化率分别为-3.45 d·（10a）^-1与-3.41 d·（10a）^-1；湖冰存在期以及完全封冻期的平均变化率分别为-5.32 d·（10a）^-1和-5.37 d·（10a）^-1。（3）气候变化会影响研究区湖冰物候变化且气温是影响湖泊湖冰物候变化的关键因素。气温升高导致湖冰开始冻结日（freeze-up start，FUS）推迟，开始融化日（break-up start，BUS）提前和完全封冻期（complete freezing duration，CFD）缩短；同时，部分湖泊的湖冰物候属性会受到冬季蒙古高压的影响，其带来的冷空气会造成湖冰融化期（break-up duration，BUD）、湖冰存在期（ice cover duration，ICD）、完全封冻期（complete freezing duration，CFD）增长。

青藏高原气候暖湿化加剧了多年冻土退化速率，影响公路、铁路等基础设施稳定性。热棒技术具有主动单向降温特点，已广泛应用于我国青藏高原和东北部的多年冻土地区。现有研究多采用数值仿真或钻孔测温方式分析热棒技术的降温效果，随着地球物理探测技术的发展，探地雷达技术为冻土工程领域提供了一种连续且无损的新研究方法。本文以青藏公路沱沱河至唐古拉山垭口段为研究区，采用探地雷达技术研究热棒技术对路基的降温效果。在道路病害调查的基础上，选取双侧单排直插热棒路基、单侧单排斜插热棒路基和相邻未处治冻土路基三处典型路段，采用探地雷达技术探测分析路基结构损伤和下伏冻土分布情况，结合现场考察评价不同热棒布设方式对冻土路基降温效果的影响。结果表明降温效果：双侧单排直插热棒路基>单侧单排斜插热棒路基>未处治路基。双侧单排直插热棒路基下伏多年冻土层分布具有良好的连续性，与路侧天然地表相比冻土上限提升0.47 m，其上路基结构完整；单侧单排斜插热棒路基下伏多年冻土层连续性一般，冻土上限与路侧天然地表相比较为接近，其上路基结构存在结构疏松和裂隙区域；未处治路基下伏多年冻土层分布连续性较差，冻土退化明显，冻土上限较路侧天然地表退化0.80 m，其上路基结构存在大面积疏松和局部积水。同时，冻土退化会诱发道路工程病害，对比发现单侧单排斜插热棒路基和未处治路基冻土退化路段，路基结构疏松和裂隙发育，不均匀沉降和路面裂缝、坑槽等病害多发。探地雷达测试能够较好地呈现道路下伏多年冻土的分布情况和路基结构损伤特征，分析路面病害机理，为公路大中修方案提供科学依据。分析表明热棒技术可以有效减缓路基下伏多年冻土的退化速率，但不同的布设方式对热棒的降温效果有一定影响，常规的热棒布设方式无法满足高边坡路基的降温需求。因此，针对路基热状态和结构特征，科学合理地开展热棒路基设计、规范施工和有效运维，对提高路基下覆多年冻土上限，减少或减缓路基热融病害，提升公路服役性能和水平，具有重要的现实意义。

若尔盖湿地是黄河上游重要的水源供给区和水源涵养地。在气候变暖的背景下，若尔盖湿地水资源状况发生了显著变化并引起了广泛关注，深入了解若尔盖湿地水资源变化及其影响因素，可为若尔盖湿地水资源保护和应对气候变化策略提供理论支撑。基于黄河上游若尔盖水文站观测的月平均流量资料、若尔盖湿地及周边地区气象台站逐日观测资料以及ERA-Interim的月平均再分析资料，探究了黄河上游若尔盖水文站实测径流的变化特征及其影响因子。结果表明：2008年之前研究区年、季平均流量均呈减少趋势，2008年以后呈增加趋势。降水量先减后增是主要原因，气温显著上升导致积雪融水增加，以及蒸散发量变化也具有重要作用。季风环流带来的西南风水汽输送对研究区径流变化有着重要影响，若尔盖湿地上空南、西边界的水汽流入量及水汽净收支量和年（夏季）降水量均呈显著正相关，当高原南侧反气旋式环流加强（减弱），同时华南、西太平洋地区的反气旋式环流加强（减弱），来自南海、西太平洋和孟加拉湾的水汽沿高原南缘转为西南风水汽输送加强（减弱）时，若尔盖湿地区域维持异常的偏西南（偏东）流场与水汽辐合（辐散）区，造成了若尔盖湿地夏季降水量偏多（偏少），最终引起该区域径流量增加（减少）。

为探究木质素纤维联合微生物诱导碳酸盐沉淀技术（MICP）固化季节冻土区粉土的力学性能，开展了木质素纤维影响下MICP诱导碳酸钙生成量试验、冻融循环下木质素纤维-MICP固化试样的无侧限抗压试验、直剪试验和SEM扫描电镜试验。结果表明，随着纤维掺量的增加，碳酸钙含量呈线性增加趋势，与SF0M试样相比，SF2.0M试样的碳酸钙含量增加了426.6%。随着冻融循环次数的增加，所有试样的无侧限抗压强度和抗剪强度均下降并最终趋于恒定，且SF1.5M协同固化试样的抗冻融能力最佳，10次冻融后其无侧限抗压强度仅下降45.9%，而SF0M和SF0试样下降63.4%和80.0%；经历10次冻融循环之后，在400 kPa法向应力下，相较于SF0M和SF0，SF1.5M土样抗剪强度分别增加了76.4%和184.0%；而其黏聚力也提高了46.5%和126.0%。木质素纤维为碳酸钙的生成提供了更多的附着位点，纤维掺量为1.5%时，土颗粒与碳酸钙晶体和纤维形成了更为致密的胶结结构。当纤维掺量增加到2.0%时，碳酸钙晶体与纤维交织在一起，出现团聚体，阻碍了土颗粒之间的有效胶结，对固化效果起到相反作用。本研究可为寒区土体加固提供了数据支持和理论指导。

地表冻胀变形是评估浅埋隧道水平冻结施工引起邻近既有结构力学响应的关键因素。现有研究无法合理考虑冻结壁不均匀温度场导致冻胀率的空间差异分布，为克服上述不足，结合随机介质理论和叠加原理，引入折算热膨胀系数的概念，在热弹性力学框架下提出了一种单圈管水平冻结施工引起地表冻胀变形分布的计算方法。结合工程实例，分别应用本文方法、传统方法、有限元法计算了单圈管冻结引起的地表变形分布，并与观测值进行对比分析，以表明本文所提方法的合理性与适用性。最后，分别探讨了冷媒介质温度、隧道中心埋深及冻结锋面扩展系数ε对水平冻结施工引起地表冻胀变形分布的影响规律。结果表明，冷媒介质温度越低，地表冻胀变形总体呈增大趋势，对隧道中心正上方土体变形影响显著；隧道埋置深度越大，最大地表冻胀变形减小，影响范围也逐渐减小；ε越大，最大地表冻胀变形及影响范围均增大，但增大幅度不明显。本研究可为浅埋隧道水平冻结施工技术在高风险地下工程领域的应用提供参考。

河流是陆地-海洋之间碳输送的通道和水生生态系统代谢的重要反应器，对陆海水生连续体中碳的迁移转化和流域生态系统碳收支起到重要作用。青藏高原是中低纬度地区最大的高海拔寒区，作为亚洲水塔哺育了多条大江大河，对区域碳循环有重要作用。在气候变化背景下，近年来青藏高原河流碳循环过程受到广泛关注。本研究聚焦青藏高原河流碳循环过程，系统总结近十余年黄河、长江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等多条源区河流碳循环相关进展发现：（1）青藏高原河流溶解态碳以无机碳为主，溶解有机碳浓度相对较低，未来气候变化导致的冻土融化、风化增强、水文过程改变、侵蚀产沙加剧等因子将进一步增加青藏高原河流横向碳输移通量；（2）当前观测显示青藏高原河流是二氧化碳及甲烷的重要排放源，其过程也受到气候变化影响并有增加趋势；（3）青藏高原河流碳通量对于流域生态系统碳收支有重要影响，较大的河流碳横向及垂直碳通量抵消了部分陆地碳汇，是生态系统碳过程不可忽视的一环。随着青藏高原气候暖湿化，其河流碳循环过程必然发生显著改变，进而影响区域碳汇，但是其影响程度目前还不清楚。未来应进一步利用原位观测、遥感反演、机器学习等手段精准刻画河流碳过程机制，增强对于河流碳循环微观机理的深入认识，并基于相关机理发展适合于青藏高原高寒河流的碳循环模型，加强高原河流碳循环模拟和预测能力。本研究可为深入理解变化环境背景下青藏高原河流在流域碳中和中的作用提供科学依据。

冻土路基的稳定性与周围的水热状况密切相关。在青藏高原气候暖湿化影响下，高速公路冻土路基的大尺度特征及分离式设计，使其面临着显著的地表积水问题。本文基于共玉（共和—玉树）高速公路多期现场调查、无人机航测建模及探地雷达探测等多种手段，结合典型积水路段的地温与水分监测，分析了鄂拉山—清水河段340 km路基病害的空间分布特征及其与积水的关系，揭示了路侧积水对冻土路基病害发育的影响机理。结果表明：共玉高速公路冻土路基病害主要表现为不均匀沉降、过渡段沉降和裂缝，占比分别为77.3%、13.5%和8.6%；研究段病害率为8.4%，其中227 km多年冻土路段病害率达到18.05%；约31%的多年冻土路段存在路侧积水，66.1%的冻土路基病害与积水相关，随着积水面积扩大、积水深度增加以及积水与坡脚间距减小，路基病害也愈发严重；积水路段路基坡脚含水量和地温显著高于非积水路段，且路基下部多年冻土上限也明显低于非积水路段。路侧积水作为长期热源，持续向路基下部多年冻土进行热量传递，包括暖季时的积水热量储存和热量传输，以及冷季冻结初期至中期积水表面结冰后底部继续作为热源的持续传热。这一过程导致路基下部多年冻土层局部融化，进而诱发各类路基病害发育。研究结果可为青藏高原积水发育区高速公路冻土路基的病害维护及防排水提供科学依据。

高寒山区冰碛湖溃决洪水灾害链影响范围大、规模大、流量大，在灾害链下游（冰碛湖以下流域）开展防治工程困难且不经济。在灾害链的最上游源头，冰崩位置往往位于海拔5 000 m及以上区域，不仅难以到达，即使到达了也难以开展防治工程施工。为解决高寒山区冰碛湖溃决防控问题，通过野外调查及分析统计提出了在冰碛堤溢流口开展防治的理念，研发铠甲层“刚柔并济片状一体”防护体系，构建通用和标准化的冰碛堤溢流口铠甲层防护新工艺，并通过室内物理模拟试验进行了验证。结果表明：随着防护加强，冰碛堤溢流口铠甲层块石的起动流速显著提升，在本试验验证的各项方案中，相较于无防护状态，单行刚性连接防护下起动流速提升较小，两行刚性连接防护下起动流速提升约2%，三行刚性连接起动流速提升约5%，刚柔结合综合防护起动流速提升约8%，防护效果随着防护区域面积的扩大而提升。防护体系在一定程度上能实现冰碛湖溃决灾害链断链减灾，可为高寒山区的防灾减灾提供技术支撑。