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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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M_s 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。