祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障，也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块，对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明：祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×108 m3和57.83×108 m3。从时间变化来看，水源涵养量呈上升趋势，上升速率约为0.196 mm·a-1；在空间上呈“东多西少”的分布格局，与年降水量的空间分布大致相同。不同土地利用类型下的水源涵养总量依次为：草地（31.87×108 m3）>林地（16.71×108 m3）>耕地（4.92×108 m3）>其他用地（2.29×108 m3）>建设用地（0.63×108 m3）。降水量与水源涵养量在所有研究时段内均存在显著正相关性。不同时期土地利用类型的变化也会对水源涵养量产生重要影响，研究区草地面积变化对水源涵养量影响较大。根据建立的经验公式并参考已有研究成果，估算得出研究区多年冻土地下冰储量在550 km3以上，在全球气候变暖的背景下，消融趋势明显。研究可为祁连山水资源合理配置和生态系统保护提供参考。
气候变暖对森林生态系统产生了深刻影响，而树木生长对气候变化做出了不同的响应。本研究利用采自祁连山中、东部不同海拔梯度的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本，分别建立了中部和东部6个树轮宽度年表，分析了树木径向生长与各气候要素的关系以及随时间变化的稳定性。结果表明：祁连山中部青海云杉对降水和scPDSI较东部更为敏感。中部树轮宽度年表与当年5—7月的scPDSI极显著正相关（P<0.001），东部树轮宽度年表与前一年9月和当年5月scPDSI显著正相关，表明中部LCH区域青海云杉径向生长主要受当年5—7月土壤水分条件的限制；东部XYH区域则受前一年9月和当年5月的土壤水分的限制。20世纪80年代中东部温度显著升高（P<0.001），中东部树木生长受高温引起的干旱胁迫增强；20世纪90年代以后，由于中部降水增加而东部降水变化不明显，中部树木生长干旱压力得到缓解，东部森林受干旱的限制作用增强。此外，中东部青海云杉与温度、降水和scPDSI的相关关系逐渐趋向一致，未来气候的持续变暖或许将减小中东部树轮-气候关系的差异。
基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的22个地球气候/系统模式模拟数据，分析了1961—2100年期间青藏高原年均地表气温在不同情景下的时空变化。结果表明，多模式集合平均的模拟结果优于大多数单个模式。由于共享社会经济路径（SSP）和辐射强迫的不同，在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种情景下，2015—2100年间青藏高原年均地表气温的增温趋势分别为0.10 ℃·（10a）-1、0.29 ℃·（10a）-1、0.53 ℃·（10a）-1和0.69 ℃·（10a）-1，帕米尔高原、藏北高原中西部和巴颜喀拉山区为三个升温中心。相对于1995—2014年参考时段，到本世纪中期（2041—2060年），青藏高原区域年均地表气温将分别增加1.37 ℃、1.72 ℃、1.98 ℃和2.30 ℃，而到本世纪末期（2081—2100年），年均地表气温将分别增加1.42 ℃、2.65 ℃、4.28 ℃和5.38 ℃。与《巴黎协定》提出的到本世纪末全球平均气温升高不超过2 ℃目标相比，无论在哪种情景下，到本世纪中期时青藏高原年均地表气温相对于工业革命前均升高超过2 ℃，这会造成极大的气候生态环境问题。
大气0 ℃层高度是决定青藏高原冰冻圈消融状态的重要指标。基于ERA5再分析资料，分析了1979—2019年青藏高原夏季大气0 ℃层高度时空变化，发现青藏高原夏季大气0 ℃层高度介于4 423~5 972 m之间，以高原中南部（30°~32° N，83.5°~88.5° E）为高值中心，呈纬向分带状向四周逐渐降低。过去41 a青藏高原夏季大气0 ℃层高度总体呈持续上升趋势，高原北部上升趋势大于南部，祁连山地区上升趋势最为明显，为60 m?（10a）-1，而在高原西南部略呈下降趋势。平均而言，青藏高原夏季地面温度每升高1 ℃，大气0 ℃层高度升高122 m。利用CMIP6模式数据，预估在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种社会共享路径情景下，2020—2100年期间青藏高原夏季大气0 ℃层高度都呈现升高趋势，但不同情景下升高趋势在空间上差别较大。相对于1979—2014年参考时段，在四种情景下，到2081—2100年青藏高原夏季平均大气0 ℃层高度将分别升高265 m、394 m、576 m 和729 m；相对应的是到2081—2100年，在高原上处于夏季大气0 ℃层高度以下的冰川面积分别为第二次冰川编目数据的79%、86%、94%和98%。仅从夏季大气0 ℃层高度变化角度看，在SSP5-8.5情景下，到本世纪末期，预估除帕米尔高原和昆仑山西北部地区外，青藏高原其他地区的冰川在夏季将不存在积累区。
气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料，系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上，车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期，变化前后年径流量约增加了54.67%，所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加，其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大，其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化，降水是春夏季径流变化的主控因素，而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时，也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用，但其对水文过程的影响仍不明确，加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。
活动层含水量是表征多年冻土区气候、水文和生态过程的关键参数。长期以来，由于受多年冻土区活动层水分实测样点数量稀少的限制，各类基于遥感反演、模式模拟乃至数据融合和同化等手段生产的土壤水分空间数据均存在着较大的误差。2020年10—11月在青藏高原腹地（沱沱河源区）测定了 1 072组活动层土壤含水量数据并进行分析，探讨了该时段该区域活动层土壤水分的空间差异，并与全球陆面数据同化系统数据产品（GLDAS-Noah）和欧洲中期天气预报中心发布的第五代再分析资料（ERA5-Land）进行了对比分析。结果表明，在该区域平均厚度为2.72 m的活动层内，土壤质量含水量（总含水量）约为14.0%，活动层土壤含水量与植被发育情况存在正相关关系。除高寒沼泽草甸类型外，高寒草甸与高寒草原类型的活动层含水量随深度的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。不同坡位类型的活动层含水量呈上坡位>下坡位>中坡位>平坡位，阳坡水分高于阴坡且两者活动层剖面水分变化相似。多年冻土区浅表层0~350 cm深度范围内的土壤含水量大于区内融区同深度的土壤含水量，两者土壤剖面水分分布均呈现出先增大后减小再增大的特征。该区域的GLDAS-Noah同化水分产品与实测数据对比的误差在10%以内，比ERA5-Land再分析土壤水分数据更为准确，但两种数据产品对土壤剖面上的水分垂直分布情况描述均与实测数据有较大差异。该研究结果可以为数据同化系统的模式冻融参数化方案优化及遥感水分产品研发提供科学依据。
沱沱河流域是长江的发源地之一，其广泛分布的多年冻土对长江源区的产汇流过程、生态系统乃至于区域气候都有着重要影响，对该区域多年冻土分布和特征的调查和了解，可为研究江河源区多年冻土与气候、水文、生态的相互作用关系提供基础数据支撑。2020年10—11月，研究团队对沱沱河源区的多年冻土开展了为期50天的野外调查工作，并在不同下垫面类型、不同地貌部位和不同海拔高度共布设钻孔32个，总钻进深度1 200 m。该文是基于钻孔和探坑资料对沱沱河源区多年冻土特征和地下冰发育状况的初步总结。结果显示，沱沱河源区多年冻土在一定程度上受河流和地热影响形成了局部融区，其多年冻土下界大致在4 650~4 680 m之间；钻孔揭示的多年冻土上限平均埋藏深度为（2.47±0.98） m，部分地区存在融化夹层；受浅表层沉积物岩性和地热的影响，多年冻土下限埋藏深度相对较浅，平均为19.3 m，多年冻土相对较薄，平均厚度为15.0 m；多年冻土下限深度和多年冻土的厚度最大为75.0 m和72.7 m；地形地貌、沉积物特征和地热条件是影响多年冻土厚度存在较大空间差异的主要原因。研究区内地下冰主要分布于15.0 m深度以上范围内，同时也发现了处于萎缩状态的冰核丘与石质冻胀丘，这些现象也一定程度上与该研究区多年冻土退化过程有关。
青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异，多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助，多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区（简称“湖源区”）和北侧的长江上游沱沱河源区（简称“江源区”）进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样，同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络，为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为，各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异，北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡，但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响，北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰；在该区域发现了多年生冻胀丘分布群，并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件，为后期区域冻土理化指标分析，冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。
在全球气候变暖和高原多年冻土持续退化的背景下，青藏高原多年冻土区热融滑塌现象普遍发育，其形成不仅影响区域生态环境，还可能威胁工程构筑物的稳定性。本文在多年野外调查工作的基础上，结合遥感及历史气象资料对青藏高原多年冻土区热融滑塌的诱发因素、分布特征及演化过程进行了分析。结果表明：冻土活动层滑脱的发生是诱发青藏高原多年冻土区热融滑塌的主要因素，其次为工程扰动和湖水的热侵蚀；活动层滑脱型热融滑塌的发育过程主要包括冻土活动层滑脱的发生、后缘坍塌后退及坡面泥流的形成等三个阶段，热融滑塌形成以后其溯源侵蚀过程将持续数年甚至十几年直到后缘位置地下冰含量明显减少或者消失为止；在空间分布方面，热融滑塌更倾向于分布在坡度较为平缓（3°~8°）的丘陵山地及山麓区域的阴坡一侧；近年来青藏高原多年冻土区热融滑塌呈剧烈增多的趋势，且这种骤增现象主要发生在有极端气温出现的特殊年份，并不是均匀的分布在每一年。研究成果对未来青藏高原工程规划、资源开发及环境协调发展具有重要的指导意义。
冰川裂解与底部消融是南极冰架质量损失的主要部分，这两个过程与全球温度升高密切相关。Getz冰架较阿蒙森海其他冰架对温度的升高更为敏感，开展Getz冰架表面冰流速和结构特征长时间序列分析，对全球气候变化、极地冰川学的发展具有重要意义。基于Landsat系列影像，采用多尺度半自动化影像匹配算法重建了2000—2017年Getz F冰架表面冰流速，进一步通过遥感影像增强处理及人工目视解译，提取了2000年和2017年Getz F冰架表面结构特征，综合分析Getz F冰架长时间序列冰流速与表面特征。结果表明，2000—2017年间，Getz F冰架表面高冰流速区（850~950 m?a-1）逐渐向西部海岸线移动，海岸线向外延伸较大；冰架中西部下游冰裂缝数量明显增多，且冰裂隙呈现由东部上游向东部下游移动的趋势；冰流速总体呈随表面高程的增加而减少的趋势。研究表明Getz F冰架流量由Berry冰川补给较多，且冰流速受变性环极深水消融影响较大；同时，Getz F冰架前缘存在着较大不稳定性。
北极西北航道对北极资源开发与世界贸易格局有重要影响。针对当前西北航道通航适宜性时空变化分析研究中时空分辨率低、时效性差等问题，利用2015—2019年每年9月及2019年8月1日至9月20日的Sentinel-1 SAR数据，基于k均值非监督分类方法反演了十米级高空间分辨率海冰密集度。通过长时序宏观跟踪和短时序精细分析西北航道全线通航窗口，并以70%的海冰密集度作为阈值，测算了西北航道经过重要海湾及海峡累计不可通航的次数。结果表明：西北航道的航情随冰情而变，通航能力尚不稳定。具体来说，西北航道的冰情呈现东轻西重、南轻北重的格局，不可通航节点个数东少西多、南少北多。2018年9月西北航道通航情况最差，高于可通航阈值的海冰覆盖面积占总航道面积的35.24%，共有10个不可通航节点。2016年和2019年9月的通航情况较好，阿蒙森湾—科罗内申湾—毛德皇后湾—维多利亚海峡—富兰克林海峡—皮尔海峡—巴罗海峡—兰开斯特海峡段航道（航道C）可实现全线通航。进一步通过小尺度时间窗口研究发现，西北航道的最佳通航窗口为8月下旬至9月上旬，期间共出现3条全线通航的航道；最佳通航路线为航道C，其连续通航时间长达30天。
三江源地区气象站点稀疏，依靠地面台站数据难以反映地面真实积雪情况。利用卫星遥感数据引入重心模型分析了三江源地区1980—2019年4个积雪参数（积雪日数、积雪深度、积雪初日和积雪终日）的时空动态特征，利用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计分析了积雪和气候因子的变化趋势，并探究积雪对气候变化的响应。结果表明：1980—2019年三江源地区呈现积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的变化趋势，而该区域同期的气温和降水量则呈现上升趋势；4个积雪参数重心均呈现出东移趋势，而同期气温重心则呈现西移趋势，气温重心位置西移速率分别是积雪日数和积雪深度重心位置东移速率的6倍和2倍。这表明该区域4个积雪参数以及气候因子的变化趋势具有较强的空间异质性，西部气温升高速率大于东部，导致西部积雪日数和积雪深度减少速率同样大于东部，从而导致气温重心西移而积雪参数重心东移。澜沧江源区积雪日数减少、积雪深度减少、积雪初日推迟以及积雪终日提前的速率最大，其次是长江源区和黄河源区。进一步的相关性分析表明，三江源地区年平均气温的升高是导致积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的主要影响因子，积雪日数对气温升高响应最敏感，其次是积雪深度、初日和终日；而年降水量与4个积雪参数的相关性均不显著。研究可为三江源地区水资源和生态环境保护提供基础资料和理论依据。
积雪面积比例（Fractional Snow Cover， FSC）数据能在亚像元尺度上定量的描述像元内积雪覆盖的程度，相比二值积雪面积数据可以更加精确地估计积雪覆盖的面积。基于机器学习的随机森林回归模型可以表示高维的非线性关系，可显著提高MODIS FSC的反演精度。采用随机森林回归模型结合光谱、环境信息构建了一个新的回归模型——光谱-环境随机森林回归（Spectral Environment Random Forest Regressor， SE-RFR）模型，用于MODIS数据反演中国区域的FSC。利用中国典型积雪区内由Landsat 8地表反射率数据获取的FSC数据作为参考值，对SE-RFR模型的反演精度进行评估。研究表明，利用“SE-RFR”获取的FSC数据RMSE、MAE分别为0.160、0.104，精度较高。此外，根据SE-RFR模型与未加入环境信息的随机森林回归（S-RFR）模型比较结果可知，加入环境信息的随机森林回归模型提高了FSC反演的精度，特别是在受环境信息影响较大的青藏高原地区，RMSE从0.200降低到0.181。最后，将SE-RFR模型与目前使用广泛的MODIS FSC反演模型FSC_NDSI、MODSCAG和SSEmod进行了比较，结果表明SE-RFR模型的RMSE与FSC_NDSI、MODSCAG和SSEmod模型的RMSE相比，平均RMSE分别提高了12.0%、8.3%和5.5%。总体来说，SE-RFR模型可以准确地提取MODIS FSC，对于区域乃至全球FSC产品制备具有广泛的应用前景。
利用SRTM DEM和ASTER立体像对数据获取的DEM分析了2000—2020年兴都库什东部的冰川物质平衡，并结合CRU TS 4.04气象数据探讨了气温、降水、地形和冰湖对南、北冰川区物质平衡空间差异的影响。结果表明：2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡为（-0.02±0.04） m w.e.·a-1，冰川整体呈现微弱的负物质平衡状态。从坡向来看，南坡以正物质平衡冰川居多，北坡以负物质平衡冰川居多。从南、北两个子区域来看，北部冰川区物质平衡为（0.07±0.04） m w.e.·a-1，南部冰川区物质平衡为（-0.32±0.04） m w.e.·a-1。北部冰川面积规模大，所处海拔区间高，南部则相反。北部冰川区处于较高的海拔区间且冬季气温较低，导致夏季升温所产生的冰川消融的影响被削弱，冰川物质平衡的分布与降水分布在空间上具有一致性。南部冰川区出现的强烈物质亏损主要是由于夏季气温的急剧升高和冰川处于较低的海拔区间。南、北区域冰前湖和冰面湖面积不断扩大的空间差异性，也在一定程度上加剧了该地区冰川物质平衡的空间差异。
利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的5个气候模式，并结合基于地面气象站的CN05.1气象资料，评估了CMIP6模式对黄河上游地区1961—2014年气温变化的模拟能力。基于7个共享社会经济路径及代表性浓度路径（SSP-RCP）组合情景，结合多模式集合平均预估了2015—2100年黄河上游地区年均气温和季平均气温的时空变化规律。结果表明：多模式集合平均能较好地模拟黄河上游地区历史平均气温的空间分布格局与年变化。7个未来情景一致表明，2015—2100年黄河上游地区年平均气温呈现波动上升趋势［0.03～0.82 ℃?（10a）-1］。其中，低辐射强迫情景下（SSP1-1.9、SSP1-2.6及SSP4-3.4）气温先呈现增加趋势，21世纪中期到达增幅峰值，之后增温呈现放缓趋势；而中、高辐射强迫情景下（SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-6.0及SSP5-8.5）气温表现为持续上升态势。空间上，未来气温增幅显著的区域位于黄河上游西部地区；时间上，呈现夏季增温快，春季增温慢。四季增温的空间分布呈现出一致特征，表现为西部增温强于东部，北部增温强于南部。研究结果可为黄河流域水资源管理及气候变化的适应性研究提供科学依据。
气象驱动数据质量是影响流域水文过程模拟精度的一个重要因素。基于新疆额尔齐斯河流域及周边区域8个气象站记录的数据，对ERA-Interim再分析资料和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）在流域的适用性进行了评价，并对比了ERA-Interim和CMFD气象要素年均值在流域的空间分布。结果表明：ERA-Interim和CMFD记录气温、相对湿度、向下短波辐射和向下长波辐射数据与观测数据具有较高的一致性，但降水和风速数据与观测数据的一致性比较差。小时尺度上ERA-Interim记录的气温、相对湿度、降水量、向下短波辐射准确度略高于CMFD数据，而日尺度上CMFD记录的所有气象要素的准确度均高于ERA-Interim数据，结合Noah-MP模型的模拟结果，认为CMFD数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性整体优于ERA-Interim数据。从两种驱动数据获取的流域气象要素空间分布来看，ERA-Interim和CMFD获取的年平均气温、风速、相对湿度、降水量、向下长波辐射在流域空间具有高度一致性，但向下短波辐射空间分布差别较大。
全球气候变暖背景下，活动层厚度的加深是多年冻土退化最主要表现特征之一，但其变化存在强烈的空间异质性，尤其是在复杂山地环境显得更为突出。以祁连山黑河流域俄博岭为研究区，采用钎探的方法，在样方尺度上探究冻胀草丘和热融洼地两种微地貌下伏活动层融化深度的差异性。结果表明：6—10月，冻胀草丘和热融洼地活动层融化深度的变化范围分别为（44.48±4.97）~（118.38±20.94） cm和（29.22±7.42）~（93.40±15.45） cm，且冻胀草丘活动层融化深度加深的速度快于热融洼地。样方尺度上，两种微地貌下伏活动层最大融化深度差异比较明显，冻胀草丘处的活动层融化深度是热融洼地的2倍之多，这主要由不同微地貌之间土壤含水量的差异而导致的。另外，借助一维热传导模型模拟了两种微地貌下的活动层热状态，结果表明土壤水分差异性致使热融洼地的融化深度较冻胀草丘浅。山地环境条件下，不同微地貌之间活动层融化深度差异性研究有助于为未来开展高精度活动层融化深度制图提供可靠的技术支撑。
全球变暖、极端天气频发，引发的地质灾害对自然生态环境和人类生产生活造成了很大的影响。尤其对气候变化较为敏感的高温（年平均地温>-1 °C）和高含冰量多年冻土区，气候变暖以及人类活动导致的冻融地质灾害日益频繁。冻土退化条件下，土体结构和物理力学性质发生改变，黏聚力和抗剪强度降低，造成多年冻土区斜坡发生滑坡、崩塌、泥流等灾害。斜坡失稳加剧了多年冻土区脆弱生态环境的恶化，同时对建（构）筑物安全运营产生威胁。与非冻土区相比，多年冻土区斜坡稳定性研究主要针对高含冰量斜坡段，斜坡失稳模式主要以热融滑塌和活动层滑脱为主。热融滑塌由斜坡段地下冰暴露融化引起，而活动层滑脱产生的原因是冻土融化导致土体孔隙水压力过大，形成的超孔隙水压力降低了土体强度，造成斜坡失稳。此外，多年冻土区斜坡失稳模式还包括融冻泥流、崩塌以及蠕变滑坡等。通过综述近期多年冻土区斜坡稳定性研究进展，概括了多年冻土区斜坡失稳的模式、特征、影响因素、失稳机理、分析方法及防治措施等，并对未来多年冻土区斜坡失稳的研究重点提出建议。
冻土区管道工程建设面临冻土工程特性及相关地质问题的严重挑战，开展管道-冻土相互作用研究对于解决管道稳定性问题具有重要的实际指导意义。综述国内外输油管道-冻土热力相互作用研究进展发现，目前研究集中在特定（定值或周期变化）油温下管周土温度场的定量描述以及差异冻胀/融沉下交界面处管道力学响应规律的解耦分析，缺乏完整时空序列的现场综合观测与管土界面特性及其动态演化研究。对管道防融沉措施进行归纳总结发现，各措施应用效果缺乏管道应力与变形数据的有效支持。应加强管道本身与管道沿线次生冻融灾害监测及相关数据获取，以此为校验开展管土界面特性及演化规律的系统研究，以便构建更为合理的管土接触面单元模型，将其和具有普适性的冻土模型相结合，植入有限元软件提高管土相互作用模型计算可靠性，并建议立足管道变形角度对防融沉措施的工程应用效果予以综合评价。
为了解决竖井冻土开挖难度大、人工挖掘效率低的问题，研究发明了一种新型重力式竖井掘进机，该掘进机利用截齿连续滚动向下、行走式掘进冻土，在竖井冻土掘进中具有较好的适应性，而截齿侵入深度是影响掘进冻土效率的重要因素。先采用三维软件建模，通过霍普金森压杆冲击试验，结合HJC压缩损伤模型原始参数，优化得到冻土本构模型参数；再利用有限元分析软件耦合，模拟截齿在不同侵入深度下滚动掘进冻土，得到冻土在不同凹陷破坏深度下的截齿三向力、冻土应力和应变的变化规律，便于直观研究截齿掘进冻土过程，寻求最优截齿侵入深度。仿真结果表明：随着截齿侵入深度增加，截齿三向力变大，冻土凹陷面积扩大，冻土应力向下无边界扩展递减；冻土与截齿接触区域应力、应变最大，远离截齿作用时冻土区域的应力、应变逐渐递减，其变化规律与截齿连续滚动掘进冻土特征相关；当冻土单轴抗压强度为9 MPa时，截齿滚动掘进冻土过程存在最优截齿侵入深度，为4 cm，此时冻土破坏特征明显，截齿滚动掘进冻土效率最高且能耗低。
粉土在中国分布广泛，工程中大量涉及，常表现为冻胀敏感性，在冻土地区工程建设中需重点考虑其冻胀特性。为减少粉土冻胀对工程的影响，基于环保的理念，以防腐处理后的麦秸秆作为加筋材料，将其切断后随机掺入粉土中；并对粉土和秸秆加筋粉土试样分别进行了开敞系统下的一维冻胀试验，重点研究了秸秆掺量和长度对粉土冻胀特性的影响。结果表明：秸秆加筋对粉土的冻胀有明显的抑制作用，少量的掺加（0.2%、0.4%）可将接近强冻胀的粉土改良为弱冻胀或不冻胀；在其他条件相同的情况下，试验范围内粉土的冻胀率随秸秆掺量的增加而线性增大，但总体远小于未改良土；秸秆掺量一定时，存在最优秸秆长度，在该长度下，秸秆加筋粉土的冻胀变形量和冻胀率均最小。
世界强国针对南极科技前沿、地缘政治、开发利用权益的争夺日趋激烈。中国建设和运营南极航空基础设施，有利于提升中国在南极的综合影响力、扩大南极科学考察规模、满足人员和物资快速投送需求，因此，南极机场建设的战略发展价值突出，而压实雪层跑道是中国在南极建设大型机场路面的首选形式。采用压实雪的方法制备人工冰样，结合冰雪跑道所承受的飞机载荷特征，在（-10.0±0.3） ℃温度条件下，以1.0 MPa为平均加载应力，以0.03 Hz为加载频率，应力幅值为0.2~1.0 MPa，循环次数100~900为循环条件，开展在1.0×10-3~1.0×10-1 s-1应变速率下循环载荷压实雪冰的抗压强度试验，以及5.0×10-4~1.0×10-1 s-1应变速率下单调载荷压实雪冰的抗压强度试验。结果表明：单调载荷下的压实雪冰抗压强度在韧性区内随着应变速率的增加而增加，在韧性-脆性过渡区达到最大值，然后在脆性区中显著减少；在高应变速率和一定循环次数范围内，循环载荷对压实雪冰的抗压强度具有强化作用；当超过一定循环次数时，循环载荷对压实雪冰的抗压强度会产生弱化作用。以上试验结果可为压实雪层跑道的设计和维护提供理论依据。
青海季节性冻土地区工程建设受冻融循环作用和黄土湿陷性的双重影响，工程上常采用石灰与黄土拌和作为垫层材料以满足工程要求，但冻融循环作用依旧对地基土体的性能有所影响。为探究青海季节性地区气候变化对地基土所带来的不利影响，采用3种温控曲线（1#、2#和3#温控曲线）模拟了青海季节性冻土地区气候变化规律，通过无侧限抗压强度试验和SEM等微观试验，分析不同温控曲线对2∶8、3∶7灰土强度和微观结构的变化规律。结果表明3∶7和2∶8灰土的应力-应变关系均呈现应变软化型，0~6次冻融过程中试样的无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加逐渐降低，继续增加冻融循环次数后其强度有所上升；冻融循环6次时灰土内部孔隙分布相较于冻融20次时多，且随着冻融循环次数的增加颗粒间接触方式由点-点、点-面接触向面-面接触转变；1#温控曲线的微观定量参数较2#、3#温控曲线变化明显，经历1#曲线时试样内部孔隙更为圆滑，结构排列疏松，1#温控曲线对试样结构和强度的影响程度相对较弱。
典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下，由于观测资料稀缺，导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此，本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等，利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明：在1991—2010年期间，不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大，气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化，且使径流量增加。从空间上看，气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大，在下游东北部的贡献率较小，而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势，对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内，多年平均贡献率为33.6%；雪冰融水径流一般从4月开始增大，8月达到最大，10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要，具有重要的理论研究意义，同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据，具有重要的现实意义。
气候变暖背景下，冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结，主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响，同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给，造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加，降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱，同时，海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大，而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给，降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据，为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。
随着人口增长和经济社会的发展，水资源的供需矛盾日益增多，对水资源进行合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护、综合治理是至关重要的新任务。熵权法是研究水资源可持续利用的重要方法，可以剔除指标体系中对评价结果贡献较小的指标，减少人为因素对于主观权重的影响，其计算结果真实准确，能够客观地反映水资源与水环境的现状，因此被广泛应用于水资源与水环境评价中，从而为水资源的高效利用及水环境的综合评价提供科学依据。本文对熵权法的由来及在水资源与水环境评价中的发展进程进行了探讨，重点对熵权法在水资源量、水资源承载力、水环境质量和水生态环境评价四个方面的应用进行了讨论和总结，并发现熵权法在水资源与水环境评价中有着良好的应用前景；同时，针对当前熵权法在水资源与水环境评价中存在的不足，提出了改进建议，为水资源与水环境评价的研究方向提供了新思路。除此之外，对熵权法的未来进行了展望：熵权法可与其他方法创新结合共同使用，构建合理全面的评价指标体系，在水资源利用发展趋势、时空格局演变等领域推广应用。
他念他翁山位于横断山脉西部，是海洋性冰川向亚大陆性冰川的过渡区，维持冰川发育的降水补给主要由西南季风带来，该区第四纪冰川进退对西南季风波动有较为直接的反映。正是这一地理位置的特殊性，使得该区第四纪冰川研究具有重要意义。采用野外地貌调查与宇宙成因核素测年技术相结合的方法，试图查明他念他翁山青古隆槽谷全新世期间冰川地貌学特征，并确定其发生的具体时间，探讨其响应机制。结果显示：他念他翁山全新世早中期冰川波动的时限介于（6.13±0.37）~（8.83±0.50） ka，可能是当时西南季风强盛，降水增加的结果。研究可为探究冰川作用与西南季风气候变化及全球气候变化之间的动力学联系提供新依据。
针对2000年前北半球较高时空分辨率和高精度的历史积雪范围数据缺失问题，利用NOAA-AVHRR地表反射率数据，以Landsat-5 TM生成的积雪范围影像作为参考真值，优化基于多指标的多级决策树积雪识别算法的阈值，并结合云雪混淆区分技术，生成了北半球AVHRR 1981—1999年L1级逐日积雪范围数据集。此外，针对AVHRR在高纬度地区数据完全缺失和低纬度地区数据部分缺失问题，利用微波雪深数据集进行填充，生成了北半球L2级逐日积雪范围数据集。最后，利用北半球1981—1999年间2 546个气象台站记录的雪深数据和939景Landsat-5 TM参考积雪范围影像作为验证数据，对AVHRR积雪范围数据集进行了精度验证。结果表明：L1级和L2级数据集的总体精度分别为81.8%和82.2%，用户精度分别为83.7%和83.8%，生产者精度分别为81.7%和84.2%，说明算法精度较高，错分误差和漏分误差均比较均衡。进一步利用Landsat-5 TM参考积雪范围影像对L2级数据集进行面上精度评估，发现L2级数据集的总体精度为90.3%，用户精度为90.2%，生产者精度为99.1%，L2级数据集精度较高。生成的北半球历史数据集可为全球积雪变化研究提供有效数据补充。
多年冻土与大气间的相互作用主要是通过活动层中的水热动态变化过程而实现。气候变化背景下的多年冻土活动层冻融过程模拟、多年冻土厚度制图和变化预测是研究冻土区生态环境、水文、工程以及碳循环的基础。根据国内外研究进展，总结了不同修正形式的Stefan方程在多年冻土活动层冻融过程和活动层厚度模拟中的应用进展，对将Stefan方程应用到分层堆积土壤中的不同算法进行了简要介绍，并指出了其在应用过程中存在的问题。Stefan方程首次将地表（或者大气）温度的变化与冰层（或者土层）的冻结融化过程以简单公式的形式联系起来，极大地简化了土壤冻结融化过程的分析计算。由于其输入参数少、形式简单、模拟效果可靠，成为常用模拟土壤冻融过程的方法之一，将其耦合到气候模型、陆面模型和水文模型中的研究也越来越多。Stefan方程最初在研究北极地区湖冰形成过程时提出，在应用到冻土学中后，不同学者在考虑土壤含水量、不同下垫面地气温差、地形和降水等因素后对方程进行了改进，并有多种算法试图将这一方程应用到非均质土壤中，取得了较好的模拟效果。但是，Stefan方程在国内的应用更多地用于简单模拟均质土壤多年冻土活动层厚度的空间分布状况，其应用到非均质土壤中的研究却较少。因此，未来需更深入研究Stefan方程模拟分层土壤的冻融过程，为准确掌握多年冻土对气候变化的响应研究提供最基本的方法。
随着工业化进程的加快，水土重金属污染事件逐渐增多，对其治理与修复成为当前的迫切工作。冻结技术在治理修复污染水土时，其修复过程只向地层输入“冷量”，属于绿色修复技术，无二次污染风险，受到越来越多的关注。详细总结了冻结技术的修复机理，及其在污水、污泥、重金属污染土壤治理修复中的应用现状和最新研究进展。冻结修复机理是通过冰的自净作用和固-液相平衡原理来实现污染物的定向驱赶和富集，而黏性土壤颗粒的吸附和阻滞作用使单一技术对重金属污染土壤的修复难度增大，其他修复手段与冻结技术联合处理成为一种新的思路。利用冻结土体的低渗透性，还可有效降低污染物的迁移速度，封闭不同种类污染物，形成阻隔污染物扩散的冻结屏障。冻结修复技术在水土重金属污染净化及修复领域具有良好的应用前景。
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