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。

冰湖的快速形成、扩张、溃决是气候变暖与冰川消融退缩的后果之一。大时空尺度的冰湖动态特征探究与预测、冰湖溃决洪水灾害数据库构建、冰湖溃决风险评估等工作，是理解区域环境变化和实施灾害防控管理的基础。以青藏高原为核心的“亚洲水塔”作为全球冰湖的主要分布区域之一，过去几十年的冰湖活动呈现了快速扩张特征和显著灾害效应。本研究梳理了近几年“亚洲水塔”冰湖变化以及溃决风险等方面的研究进展，结果显示喜马拉雅山东部和藏东南地区是当前“亚洲水塔”冰湖体量最大、绝对面积增长最快的区域。冰川末端接触湖是冰湖扩张的主要贡献者。1900—2020年间区域内共记录了145起冰碛湖溃决洪水，1980年代后的溃决频率呈增加趋势；冰坝湖溃决洪水共记录了183起，它们主要发生在喀喇昆仑山和西天山地区，具有流域聚集性和溃决周期性的特征。冰湖的不断扩张与溃决使得区域灾害风险增加，经过系统性评估所揭示的1 499个极高或高危险性冰湖，其造成的潜在洪水淹没面积达到6 353 km²，区域内大量的房屋、道路、桥梁、农田和水电设施等直接暴露在洪水路径中，居民生命财产和基础设施安全受到严重威胁。整体上，近十年“亚洲水塔”冰湖研究发展迅速，但仍然有一些需要深入研究的地方，包括统一标准的高精度冰湖编目，冰湖溃决洪水灾害与气候变暖之间的联系，以及流域尺度精细化的风险评估等。

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。

土壤碳库是地球表层生态系统中最大的碳库之一，因其巨大的储量，在全球碳循环中发挥着关键作用。为了解藏北地区土壤有机碳库的储量、形态、动态过程、调控机制以及影响因素，本研究收集129个采样点的土壤样本，测定其土壤容重、含水率、pH值、土壤有机碳等理化性质，并结合气象数据，采用DNDC模型模拟了藏北地区2014—2023年草地土壤的有机碳储量，之后运用单因素方差分析和相关分析研究其变化规律及其影响因素。结果表明：（1）DNDC模型的模拟值与实测值的拟合曲线R²在0.8以上，本地化后的DNDC模型对藏北高原草地有较强的适用性，但需要对模型输出结果进行简单校正。（2）在时间尺度上，2014—2023年藏北地区0~10 cm土壤的有机碳储量随时间推移呈现波动下降趋势；10~20 cm土壤的有机碳储量较为稳定，在2023年有所上升；20~30 cm土壤的有机碳储量在2014—2022年较为稳定，在2023年有明显下降。在空间尺度上，土壤有机碳储量呈现中间低、四周高的分布格局。巴青县、色尼区和嘉黎县为碳储量集中的区域，而尼玛县等中部地区的碳储量较低。（3）平均降水量、土壤含水量是影响碳储量的主要正相关因素，而土壤容重、pH值、砂石比和海拔则是负相关因素，年平均温度对于藏北地区土壤有机碳储量的影响程度较弱；PLS回归结果表明，海拔、土壤容重、砂石比、土壤含水量对于因变量（土壤有机碳储量）的解释重要性力度较大。本研究对藏北地区的草地管理和生态系统保护具有重要的意义。在今后的碳库管理过程中，应注重环境因素、土地利用和生态恢复措施，尤其是降水及海拔在土壤有机碳动态变化中的重要性，以促进土壤碳储量的稳定或增长。

粉尘微粒作为大气气溶胶的关键组分，对气候变化和大气环境具有重要影响。本文基于青藏高原东南部梅里雪山明永冰川区雪冰、冰川融水，以及大气降水和融水补给的明永河河水中粉尘微粒的连续观测（2022年11月—2024年1月），系统分析了不同水体中粉尘微粒的沉积特征。结果表明：（1）冰川融水径流中微粒数量浓度具有明显的季节差异，季风期显著高于非季风期。（2）在冰川强烈消融期（5—10月），明永河水的微粒数量浓度呈现出明显的昼夜差异，夜间微粒浓度高于白天。这一现象主要归因于夜间冰川消融速率下降，致使融水径流速度减缓，进而延长了河水中悬浮颗粒物的滞留时间。通过对融水径流昼夜连续观测发现，微粒浓度峰值出现在北京时间20∶00前后，这也证明了融水径流的微粒含量日变化与冰川强烈消融过程之间存在响应关系。（3）水体中细小粒径的微粒（0.57~2 μm）主导着微粒的数量浓度。不同水体中微粒的体积-粒径分布均呈单峰型，微粒中值粒径较小，反映了该冰川区粉尘微粒主要源于高空远距离传输及其沉降。本研究揭示了梅里雪山冰川区雪冰和水体中粉尘微粒的沉积特征，对分析气候变暖背景下冰冻圈快速消融机制及其对区域气候变化的响应具有重要的指示作用。

基于末次冰盛期（LGM）至早全新世冰碛垄的¹⁰Be暴露测年数据重建冰川退缩过程，对理解冰期-间冰期气候转型至关重要。针对单个地点冰碛序列保存不完整导致的北半球整体退缩过程不清晰的问题，本文集成4 003个¹⁰Be数据，建立了802条年龄范围介于26.5~10 ka之间的冰碛垄数据集，并划分为亚洲、欧洲、北美洲和格陵兰四个分区，分别计算各分区以及北半球数据集（不含格陵兰）的高斯组分。结果显示北半球层面存在八个冰川集中退缩时段，分别为（23.9±1.0） ka、（20.5±1.3） ka、（18.3±0.7） ka、（16.6±0.8） ka、（14.7±0.8）、（13.0±0.7） ka、（11.4±0.4） ka和（10.3±0.6） ka。前两次退缩主要响应北半球夏季太阳辐射增强，第三至第七次与大气CO₂浓度跃升有关，第八次受早全新世北半球夏季太阳辐射峰值影响。分区对比显示，约24 ka的退缩时段除北美和格陵兰外其他区域普遍存在，反映冰盖与山地冰川对气候变化的响应差异。其余时段区域差异主要源于冰碛垄暴露年龄误差和样本数量。本研究通过集成大量¹⁰Be年龄数据重建LGM以来北半球冰川的演化过程，为该时期冰川-气候耦合模型及海平面变化机制提供了关键的地质数据约束。

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。

本文基于2001—2018年全球逐日碳通量模拟数据与AVHRR中国积雪物候数据集，利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验、地理探测器及偏相关分析等方法，分析新疆地区长时间序列植被总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）等植被固碳指标和积雪日数、积雪初日及积雪终日等积雪物候参数的时空变化特征，并探讨新疆积雪物候对植被固碳空间分异和时间变化的影响。结果表明：（1）2001—2018年新疆植被固碳总体呈上升趋势。其中，2001—2007年新疆地区植被GPP、NPP分别以9.83 gC⋅m^-2⋅a^-1、5.1 gC⋅m^-2⋅a^-1速率下降；2007—2018年新疆地区植被GPP、NPP分别以6.62 gC⋅m^-2⋅a^-1、3.26 gC⋅m^-2⋅a^-1速率上升。2001—2018年新疆积雪初日呈现先推迟后提前的趋势，积雪终日呈现先提前后推迟的趋势，积雪日数呈现先减少后增加的趋势。（2）积雪物候与高程、植被类型及气温的交互作用以非线性增强为主，与降水及太阳辐射的交互作用以双因子增强为主；地形与积雪物候的交互作用对植被固碳空间分异的解释力最高。（3）新疆植被固碳对积雪物候的响应具有“正负共存”的特征。整体上，植被GPP和NPP与积雪初日主要呈负相关，与积雪终日和积雪日数则主要表现为正相关关系。研究结果有助于深化气候变暖背景下积雪物候对植被固碳影响的认识，为新疆生态保护与可持续发展提供理论依据。

高海拔冰川生态系统是响应全球气候变化的敏感指示器，色林错作为青藏高原最大的冰川补给内流湖，其水体微生物群落作为生物多样性与生态功能的核心载体，对维系系统稳定至关重要。为揭示色林错细菌群落多样性格局及其群落构建机制，预测细菌群落对高寒生态系统变化的响应，本研究于2022年6月环色林错一周进行了采样，利用16S rRNA基因高通量测序技术，分析了色林错水体细菌群落的组成和结构，并测定了水环境因子。结果表明，色林错水体细菌群落具有较高的分类和代谢多样性，测序得到的1 327 612条高质量序列被聚类为8 587个OTU，涵盖28门98属，其中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidota）和放线菌门（Actinomycetota）为优势门类。不同区域间细菌群落α多样性指数无显著差异，细菌群落丰富度沿南岸—北岸—入水口区域顺序逐渐增大，多样性逐渐升高。β多样性分解表明，群落间物种组成差异主要由物种周转过程引起。共现网络分析显示，细菌群落间以正相关关系为主，表明群落间存在协同作用。中性群落模型和C-score分析表明，色林错细菌群落构建过程主要由确定性过程主导。在确定性过程中，pH、总溶解固体（TDS）和浊度是影响色林错细菌群落生态位宽度值的主要环境因子。本研究为理解色林错水体细菌群落的生态特征及其对环境变化的响应提供了重要科学依据。

化学风化可消耗CO₂，在地质时间尺度上调控碳循环和全球气候变化。随着全球气候变暖、冰川融化加剧，冰川流域的化学风化速率可能发生改变，其对碳循环的影响尚不明确。本文选择位于青藏高原东南缘的梅里雪山明永冰川流域作为研究区，开展为期两年（2018年10月至2020年10月）的河水水文指标监测和逐日采样，采集731个河水样品，探讨明永冰川流域河水的水化学特征，量化流域内岩石化学风化速率和碳汇/碳源速率。结果表明，明永冰川流域河水的水化学类型为HCO₃-Ca型，硫酸参与碳酸盐风化对河水成分的影响最大（62.1%），碳酸参与碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和大气输入的贡献率分别为32.4%、4.5%和1.0%。硅酸盐岩风化消耗大气CO₂通量的平均值为0.31×10³ mol·km^-2·a^-1，硫酸参与碳酸盐岩风化向大气释放CO₂通量的平均值为4.00×10³ mol·km^-2·a^-1。可见，研究区化学风化释放CO₂速率显著快于其消耗速率，两者相差最高可达13倍，其差值呈现季风期高、非季风期低的季节变化特征。温冰川流域化学风化可能对全球碳循环和气候变化具有显著影响，其重要性应受到广泛关注。

小叶金露梅（Potentilla parvifolia）是祁连山广布的典型高寒灌木，在气候变化背景下，近年来其加快了向高海拔地区迁移。土壤微生物作为此区域重要的生物群落及转化潜能，均受到小叶金露梅的影响。本研究采用Illumina Miseq高通量测序技术，分析不同海拔生境下根际微生物群落及其功能转化特征，阐释其主要驱动因子，为深入探究植物迁移对高山地区土壤生态功能演变机理提供重要依据。研究发现，在低海拔（3 204 m）处，小叶金露梅覆盖显著提高了土壤总碳（TC）、有效磷（AP）、硝态氮（NO₃⁻-N）含量，增强了蔗糖酶（SUC）、脲酶（URE）、纤维二糖水解酶（CBH）的活性（P<0.05）。小叶金露梅覆盖增加了土壤微生物群落的多样性和丰富度，且真菌群落的响应较细菌更为显著。此外，小叶金露梅还增加了变形菌门和子囊菌门的相对丰度。基于微生物群落组装的分析发现，低海拔（3 204 m）、中海拔（3 550 m）区域细菌群落的构建受随机性过程驱动，而在高海拔（3 650 m）区域确定性过程占据主导地位，三个不同海拔真菌群落的构建均受确定性过程调控。PICRUSt功能预测共鉴定到23个保守的COG功能类别，小叶金露梅覆盖可以显著提高土壤中氮循环相关功能基因（gudB/rocG、nirK、narH/narY/nxrB）的相对丰度（P<0.001），而基因的丰度均随海拔升高呈下降趋势。小叶金露梅覆盖通过改善土壤理化性质，增强关键酶活性，改变微生物群落结构，调节功能基因表达，进而对祁连山高海拔土壤生态功能产生积极影响，微生物介导的氮循环功能强化可能是小叶金露梅成功迁移和生态位占据的关键驱动因素。

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。

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。

在全球气候变化的背景下，北极海冰持续减少，为北极航道的开通提供了更为有利的条件。由于其距离和成本优势，北极东北航道吸引了航运公司的关注。然而，北极地区复杂多变的气候和海冰条件对船舶航行的安全性提出了严峻挑战，迫切需要一种智能化的路径规划方法来优化北极航道的使用。本研究基于极地运行限制风险评估系统（POLARIS），评估商船在北极航道的通航风险，并设计了结合传统A*算法和深度强化学习的最优路径规划实验。结果表明，深度强化学习模型在计算效率上显著优于传统A*算法，效率提升约50倍。总体而言，深度强化学习在搜索策略和计算效率上具有明显优势，更适用于环境复杂多变的北极航线规划，可作为实现北极航道智能规划系统的核心算法。

受冻融环境影响，细观结构损伤诱发的冻胀和融沉导致寒区岩石工程结构力学性能劣化，严重影响工程服役期间的安全与稳定。通过开展冻融受荷砂岩原位CT扫描试验，基于深度学习理论，融合全卷积神经网络（FCN）架构与表征单元体理论，研究了冻融砂岩单轴压缩全过程细观损伤特性。结果表明：（1）基于全卷积神经网络的冻融岩石损伤识别算法，能够实现冻融岩石内部孔（裂）隙网络的高精度自动分割，定量识别冻融岩石细观损伤。（2）选用350×350×350的体素尺寸作为最小表征单元体，分析了冻融砂岩在单轴压缩下各扫描层面连通孔隙的变化情况，冻融岩石内部连通孔隙的大幅增加导致其在压缩荷载作用下突然破坏。（3）在相同荷载条件下，冻融次数越多的砂岩体孔隙率增长越快，其内部损伤发展也更为迅速；体孔隙率突增点与岩石强度丧失直接相关，可作为预测破坏的敏感指标。（4）采用最大球体法建立孔喉网格模型，对冻融砂岩的三维重构表征单元体进行定量分析表明，冻融循环作用下岩样内部的孔喉数量显著增加，孔喉是冻胀力传递和损伤扩展的主要路径；孔隙-喉道损伤结构体系处于动态变化中，小孔、中孔、大孔的转换呈现出明显的阶段性特征。孔隙沿着冻融损伤诱发小孔增加→荷载协同下中孔增加→峰值前大孔形成这一路径转换。（5）冻融岩石在单轴压缩荷载作用下的破坏过程本质上是孔隙结构扩展与喉道网络协同演化的结果，这一过程诱发渐进式损伤累积，最终在孔隙合并效应主导下，逾渗通道网络加速形成，促使岩样失稳破坏。冻融循环和荷载的耦合作用影响着孔隙结构的演化路径和破坏模式。相关研究成果可为寒区岩石工程稳定性评价提供科学依据。

随着冰雪旅游的热度持续上升，东北地区作为全国冰雪旅游的典范，不断扩大冰雪旅游资源的开发规模，此时摸清资源家底、整合空间配置对促进东北地区冰雪旅游高质量发展具有现实意义。本文基于地理学的时空视角，以东北三省1990年、2000年、2010年和2022年各种形式的冰雪旅游资源为研究对象，利用ArcGIS空间分析和地理探测器等方法分析其时空格局的演变及其影响机理。结果表明：（1）1990—2022年东北三省冰雪旅游资源的开发数量总体呈现“萌芽起步—平稳增长—回落调整—快速增长”的发展特征。（2）其在空间上的分布具有显著的正相关性，由东南到西北呈现出由热点区到冷点区过渡的状态。（3）1990—2022年期间东北三省冰雪旅游资源分布类型表现为“离散—集聚—集聚扩散—再集聚”的状态，且逐渐形成斜“T”型核密度重心分布结构；整体呈“东北—西南”走向的空间分布态势，重心先向东北方向偏移，后向西南方向迁移。（4）其时空分布是自然环境、社会经济环境、旅游发展水平和交通条件等多因素相互作用的结果，具有“旅游依托”“交通驱动”的特点。

雪水当量作为衡量积雪中水分含量的关键变量，一直是相关研究的重点。本文采用了一种新方法对青藏高原地区SWE进行逐日模拟，为相关研究提供了新的技术路径。该方法将物理过程模型与深度学习方法相结合，运用因子积雪模型模拟积雪深度，同时构建了CNN-BiLSTM-Attention融合神经网络模型模拟积雪密度。其中CNN能够有效提取积雪密度的时空特征，BiLSTM可以捕捉时间序列的前后依赖关系，注意力机制则能够突出关键特征，三者结合使得模型在模拟积雪密度方面表现出色。CNN-BiLSTM-Attention融合神经网络模型的模拟精度经检验较为理想，MSE=71.66 kg⋅m^-3，RMSE=8.465 kg⋅m^-3，MAE=6.378 kg⋅m^-3，MAPE=4.556，决定系数R²=0.732，表明该模型能够较好地模拟积雪密度的变化。通过因子积雪模型模拟得到积雪深度，结合神经网络模型模拟得出的积雪密度，以此计算出历史时期平均每日雪水当量为2.78 mm，最高达到8.38 mm，为了解青藏高原地区积雪的水资源贡献提供了重要数据支持。本研究通过计算积雪深度和积雪密度，并结合这两项参数，提出了一种区别于传统遥感方法的雪水当量估算方法，该方法简单易行。本研究引入的CNN-BiLSTM-Attention融合神经网络模型此前在积雪密度模拟领域几乎未被应用，但其强大的复杂时空特征提取能力使其在本研究中展现出优异的模拟表现，有望在未来的相关研究中得到更广泛的应用和拓展。

拉普捷夫海作为北冰洋典型边缘海，其海冰变化对北极及全球气候系统至关重要。本研究基于多源遥感数据和模式数据集成分析，系统描述其海冰时空演变特征，回顾了海冰变化的驱动机制及生态环境效应。1979—2024年，拉普捷夫海海冰面积在融冰季（6—10月）呈现显著缩减趋势，其中，10月下降速率最大，达0.95×10⁴ km²⋅a^-1。该海域固定冰面积亦呈持续萎缩态势，无固定冰期从20世纪80年代的78.4 d延长至近10年的111.2 d，完全消融日期平均提前22.8 d。浮冰面积在结冰期（12月—次年1月）呈增加趋势，反映固定冰向浮冰转化增多。4月与8月浮冰厚度分别以每10年-0.13 m和-0.23 m的速率减小，冰龄结构亦呈现年轻化特征。拉普捷夫海海冰变化受大气-海洋耦合强迫的协同驱动。在大气因子中，离岸风场、北极涛动及北极偶极子模态通过动量传输与热量输送影响海冰动态；在海洋层面，大西洋化引发的热通量增强（近20年冬季增幅达400%）显著改变了结冰期的热力学平衡状态。融冰季经向风与暖湿气流的协同作用显著加速海冰消融进程，而冻结期则以热力过程为主导。拉普捷夫海因其在海冰输出、陆源沉积物卷携及多年冻土调控等方面的独特功能，成为连接北极与全球气候系统的关键节点。该海域海冰的持续退缩，为北极东北航道的商业化运营奠定了基础。最后，本文凝练了未来拉普捷夫海海冰研究的重点方向，包括海冰动力学机制解析、海冰异常对北极气候系统的反馈效应及航道适航性预测等关键科学问题，以期为北极快速变化背景下的跨学科研究提供理论参考与方向指引。

随着全球气候变暖和人类活动的增加，青藏高原滑坡、热融滑塌、融冻泥流等斜坡地质灾害事件频发。其中位于青藏高原东缘的共和—玉树段高等级公路沿线发育大量斜坡地质灾害，对区内基础设施的建设和安全运营造成严重威胁。但是，目前对公路全线不稳定斜坡的分布规律和影响因素仍不明晰，严重制约了公路的建设和发展。因此，本研究基于IPTA-InSAR技术对共和—玉树段高等级公路沿线开展了地表变形监测、不稳定斜坡早期识别和野外验证，总结不稳定斜坡的分布特征及类型，探讨不稳定斜坡变形影响因素。结果表明：研究区降轨雷达视线方向地表变形速率在-249~335 mm·a^-1的范围内，研究区整体较稳定，在多格茸盆地及巴颜喀拉山附近出现大面积地面抬升现象。基于InSAR变形监测结果，共解译识别出974处不稳定斜坡。不稳定斜坡分布广泛，主要集中在河卡山至温泉乡段和清水河镇至玉树段，玛多县和野牛沟附近有少量分布。不稳定斜坡类型主要包括：蠕变型斜坡、堆积层滑坡、基岩滑坡。其中，1处大型的基岩滑坡位于温泉乡青根河边，该滑坡的发育受到构造作用的控制，在降雨和河流侵蚀的作用下，坡体发生滑动，后期可能会堵塞青根河，形成堰塞湖、溃坝等灾害链灾害。1处堆积层滑坡位于河卡山山区，该滑坡主要受到降雨及气温的影响，冻融作用的不断持续及反复导致堆积层表面出现大量裂隙，降水通过裂隙改变堆积层底部的热状态，促使基岩表面的地冰融化，形成滑动面，融水同雨水冲刷搬运堆积层滑动，同时，坡体下部沟道底部的滑动牵引中部发生滑动。蠕变型斜坡972处，在全线均有分布，1处典型蠕变型斜坡位于河卡山附近，该斜坡位于小流域集水区，常年含水或含冰量很高，在修路开挖扰动的影响下，地下冰层暴露融化，底部物质遇水饱和后，土体结构破坏导致孔隙水压力升高，抗剪强度降低，形成软弱的滑动面引发边坡破坏，后期可能逐渐演化为其他灾害类型。研究区不稳定斜坡的变形主要受草地、荒漠地区土壤松散特性的控制，降雨量增加和气温变化是不稳定斜坡发生变形的直接驱动因素。本研究揭示了共和—玉树段高等级公路斜坡地质灾害的发育特征和影响因素，为公路风险防控和安全运营提供科学支撑。

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。

在寒区隧道、铁路、公路和管网防爆结构设计、煤矿冻结法立井掘进等国防和民用工程领域，冻土承受冲击荷载作用的现象普遍存在，如钻爆法施工、武器毁伤和地震作用。研究高应变率范围内冻土的强度特性、变形破坏机理及应力波的传播规律对于提高冻土开挖破碎效率、分析冻土体的安全稳定具有重要的理论和实践意义。本文从冻土SHPB试验系统及数据处理、冻土SHPB室内试验和冻土动态本构关系等三个方面概述了冲击荷载作用下冻土动力学特性的研究现状。首先，分析了研制的可控温的冻土SHPB试验系统的优缺点；其次，系统总结了温度、应变率、应力状态、含水率、裂隙分布等参数对冻土动态强度、变形模量和破坏特征的影响规律；最后，对冻土本构模型的建立方法及其优缺点进行了总结和评价，并展望了冻土动力学亟待解决的问题和下一步的研究方向。

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。

冻融作用下边坡的失稳垮塌是冻土区工程建设的重要病害。为探讨和分析西南地区季节冻土区边坡失稳的成因和稳定性变化规律，本文以巴塘地区季节冻土区边坡为研究对象，采用理论分析、数值模拟和室内试验相结合的研究方案，在冻土水热耦合模型中采用考虑未冻水和孔隙冰赋存状态的负温区渗透系数模型。通过直剪试验，进一步得到了边坡重塑土的抗剪强度参数变化规律。基于冻土水热耦合效应，采用COMSOL有限元软件进行二次开发，将边坡坡高设为10 m，坡比为1∶1.5，坡顶和坡底分别向两侧延伸50 m和60 m，坡底向下延伸10 m，建立边坡稳定性计算模型，分析土体冻融过程中由于抗剪强度参数变化而引起的边坡温度场、渗流场变化规律及边坡失稳垮塌机理。结果表明，通过与一维土柱试验值对比，渗透系数经修正后的水热模型计算值相较实际值误差更小，验证了模型的准确性。距边坡表面1 m深度内温度变化幅度很大，1—3月气温持续较低且边坡内部深处温度相对较高，随深度增大土体温度单调升高；4—9月边坡表层升温比边坡内部快，内部深层土体保持相对较高的温度，随深度增大坡体温度呈先降低后升高的趋势；10—12月表层温度下降速度比内部快，且边坡深处温度相对稳定，随深度增大坡体温度呈先升高后降低的趋势。纵向深度超过2.5 m的土体渗流场变化很小，11月至次年3月，边坡表层先开始冻结，含水量下降，但内部水分迁移能力有限，迁移到冻结界面的水量少，随着边坡深度增大含水量呈先减后增的趋势；4—6月，融化期边坡表面以下浅层土体融化，含水量随深度增大整体减少；7—10月，随着边坡深度增大含水量呈先增后减的趋势。3月边坡土体含水量随深度变化得最剧烈，由于边坡表层土体融化后，表层以下仍处于冻结状态，此时冻结层以上水分无法及时排出，边坡稳定性最低，安全系数仅为1.59。因此，季节冻土边坡失稳垮塌的机理为：融化期边坡冻融交界面以下土体处于冻结状态，而边坡表层水分无法及时下渗排出以至于达到过饱和状态，导致冻融交界面土体摩擦力降低，从而导致滑塌。通过考虑土体强度参数动态改变计算边坡的稳定性，受冻土融化、雪水入渗的影响，冻融交界面土体强度衰减最剧烈，滑塌主要发生在坡面下1.2 m以内，属于浅层滑坡，滑动面为相对平直的弧形，失稳模式主要为滑塌失稳。研究结果可为西南地区边坡的设计与灾害防治提供一定参考，特别是在季节冻土区的工程建设中具有重要的实际意义。

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。

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。

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。

表碛厚度是冰川消融模拟及冰川径流精确量化的关键因素，可为表碛覆盖型冰川动力学、物质平衡、水文模型及下游地区的防灾减灾和水资源管理研究提供数据支持。基于Landsat 8遥感影像，利用能量平衡方程法反演喜马拉雅山南坡朗塘流域冰川表碛厚度，分析了典型冰川表碛厚度空间分布特征，并探讨了表碛厚度空间分布异质性成因。研究结果表明：（1）朗塘流域冰川表碛平均厚度为（0.25±0.02） m，其中Lirung为（0.55±0.02） m、Shalbachum为（0.48±0.02） m、Langshisha为（0.31±0.02） m、Langtang为（0.25±0.02） m；（2）沿纵剖面，各冰川表碛厚度从消融区上部到下部呈现增厚趋势，其中，Lirung、Shalbachum和Langtang冰川表碛堆积速率沿纵剖面从上到下先减小、后增大，而Langshisha冰川则逐渐减小；沿横剖面，Lirung、Shalbachum、Langtang冰川运动方向右侧表碛厚度大于左侧，而Langshisha两侧表碛厚、中间薄；（3）冰川纵剖面表碛堆积速率的差异主要由消融区下部冰川表面流速差异所引起；（4）冰川近末端横剖面表碛厚度的不均匀分布，主要归因于冰川表面流速、消融速率和地形特征差异。

通过实地考察，选取青藏高原东部若尔盖盆地的一个沉积序列完整的全新世沉积剖面，提取炭屑、磁化率和总有机碳等气候代用指标，重建了该地区全新世野火和气候变化的历史，揭示了区域内全新世古环境与野火变化之间的关系。研究表明：在整个全新世时期，若尔盖盆地野火活动主要为区域性野火，且区域野火以燃烧木本植物为主，局地野火以燃烧草本植物为主。全新世早期（8.5 ka之前），虽然温度有所回升，但是依然干冷，沙尘暴频繁，地表堆积形成了风成沙层，有限的植物生物量限制了野火活动的发生，区域野火和局地野火发生频率均较低；全新世中期（8.5 ka至3.1 ka），在暖湿的气候背景下，古土壤层发育形成，温度的升高和降水的增加使若尔盖盆地的植物生物量增多，与植物生物量增加有关的区域野火和局地野火事件频繁发生；气候凉干的全新世晚期（3.1 ka之后），现代草甸土堆积而成，野火活动总体减弱，全新世晚期植物生物量下降可能是区域野火活动减少的原因，但此阶段局地野火的加剧也可能是受人类活动的影响所致。本文研究结果有助于深入了解若尔盖盆地野火历史和气候演变过程。

FY系列卫星是我国首个具备多频段被动微波遥感能力的气象卫星系统，对雪深产品的自主化具有重要意义。然而，针对FY-3系列卫星被动微波亮温数据，现有雪深反演算法在中国区域的适用性尚缺乏系统评估。本文基于FY-3系列卫星的被动微波亮温数据，以气象站观测的雪深为参考，对比KELLY、CHE、JIANG三种雪深反演算法精度，并分析其差异来源。首先，利用KELLY、CHE、JIANG三种雪深算法反演中国主要积雪区（内蒙古—东北、新疆北部和青藏高原地区）的积雪厚度。然后，使用2010—2019年的气象台雪深观测数据，根据均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）、平均相对误差（MRE）、相关性（r）等评价指标，评估KELLY、CHE、JIANG三种算法在中国主要积雪区的雪深反演精度和适用性。评估结果表明，KELLY算法反演雪深的精度最低，RMSE介于3.99~8.23 cm。相比之下，CHE算法和JIANG 算法基于中国气象站点的雪深观测数据构建，具有更强的区域适用性，反演精度相对更高，RMSE分别为2.78~5.48 cm和2.88~4.99 cm。在季节变化模式上，三种方法获取的雪深与观测雪深都存在不一致性。分区验证结果也表现出KELLY算法在所有地区精度最差，CHE算法和JIANG算法的精度较高，其中CHE算法、JIANG算法在内蒙古—东北地区RMSE分别为2.57~5.96 cm、2.65~4.95 cm，在青藏高原地区RMSE分别为1.37~3.99 cm、1.40~4.60 cm，在新疆北部地区RMSE分别为6.23~8.81 cm、5.69~9.41 cm。综上所述，本研究结果为提升FY系列卫星被动微波数据在中国区域雪深反演中的应用效果提供了坚实的技术支撑。

在气候变暖的背景下，长江源和黄河源流域冰雪加速消融，定量评估冰川消融的径流效应，对高寒区水资源的管理至关重要。本研究基于国家气候数据中心提供的气象台站数据（日降水量和日气温），结合90 m×90 m数字高程模型（SRTM DEM）和第二次冰川编目矢量数据资料，利用度日因子模型，重建了长江源和黄河源流域1958—2022年的多年冰川物质平衡和冰川融水径流量及其组分的历史演变特征（包括来自冰川区的降雨径流、融雪径流和融冰径流），并探讨了气候变化对流域冰川消融的影响程度。结果表明：（1）过去60多年来长江源和黄河源冰川物质平衡呈现显著的负平衡，年均冰川物质平衡分别是-117.2 mm和-84.3 mm，累积物质平衡分别为-7.03 m和-5.48 m。（2）长江源和黄河源冰川物质平衡线呈显著上升趋势，上升速率为5.57 m⋅a^-1和3.93 m⋅a^-1，流域平衡线高度分别升高334.2 m和313.6 m。（3）长江源和黄河源流域冰川融水总径流整体呈增加的趋势，两个流域多年平均融水总径流分别为18.43×10⁸ m³和1.87×10⁸ m³。源区融冰径流变化趋势与融水总径流变化趋势一致，其占比逐年增加，夏季融冰径流占比分别达到91.88%和90.95%；冰川区融雪径流在长江源流域呈微弱增加，而在黄河源流域呈现微弱的下降趋势。冰川融水季节分配特征表明，夏季（6—8月）是冰川融水径流主要的产流期，其径流量分别占长江源和黄河源全年总径流量的90.05%和88.23%。春秋两季径流占比显著降低，长江源和黄河源的春季径流量分别为3.79%和1.95%，秋季分别为6.17%和9.82%。冬季（12月—翌年2月）基本无径流产生。（4）冰川物质平衡对温度的敏感性远高于降水，黄河源流域冰川对气候变化的敏感性高于长江源，这与源区冰川规模有关。

随着寒区及高海拔岩土工程建设的迅速发展，对低温冻结岩体中孔隙水状态及冻胀损伤机理的认识日益迫切。本文采用低场核磁共振技术，对来自不同区域的6种砂岩试样在由室温降至-50 ℃冻结过程中进行实时监测，系统研究了孔隙水冻结行为及未冻水/冰含量的演化规律。结果表明，所有试样均呈现双峰T₂谱分布，且随着温度降低，谱峰峰值与峰面积均显著减小；当温度降至-5 ℃时，孔径大于0.16 μm的孔隙水几乎全部冻结，而小孔隙中水分冻结较为缓慢。不同砂岩试样的未冻水含量下降速率存在明显差异，反映出孔径分布对冻结过程的显著影响。本研究揭示了冻结过程中微观孔隙水状态演化与岩体冻胀损伤之间的内在联系，可为寒区岩体工程稳定性分析及防控策略的制定提供理论依据。

热融湖塘是多年冻土剧烈退化的典型代表，多年冻土中溶解性有机质（DOM）能进入热融湖塘，并发生光降解。然而，鲜有研究报道青藏高原热融湖塘中DOM的光降解特征，可能导致多年冻土退化下碳循环和碳-气候反馈理解偏差。本文开展原位光降解实验，结合紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析方法，研究了太阳辐射对青藏高原湿草甸、草甸、草原和荒漠四种植被类型热融湖塘DOM浓度、光学特性和组分的影响。结果表明，经过10 d的光降解，热融湖塘溶解性有机碳（DOC）浓度变化不明显，但发色溶解性有机质（CDOM）下降23.6%~36.7%，表明太阳辐射显著降解了DOM中的CDOM含量，且同等紫外线辐射强度下，低DOC浓度系统中CDOM光降解程度更大。表层水体CDOM含量下降可能导致深层水体光降解增强，导致更多的有机碳释放到大气中。芳香性指数（SUVA₂₅₄）下降18.9%~37.1%，表明太阳辐射降解了DOM的芳香化合物；光谱斜率比（S_R）上升45.5%~124.2%，表明太阳辐射将高分子量DOM转化为低分子量DOM。类腐殖质组分（C1、C3）比类蛋白组分（C2、C4）表现出更大的光敏性，光降解导致C3比C1损失更快，C2比C4积累更快，且外源DOM组分C3比本地DOM组分C2表现出更大的光反应性。表明类蛋白组分C4可能部分是陆源腐殖质C3光降解产物的观点。综上所述，太阳辐射能优先降解青藏高原热融湖塘中陆源腐殖质类物质，进而促进热融湖塘水体DOM光降解，在热融湖塘DOM迁移转化中具有重要作用。