青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域，被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩，融水释放成为冰川径流，使得下游河川径流发生重大变化，给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候，加上冰川水文过程内在的复杂性，使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法：直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法，其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区，前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明，自20世纪90年代以来，冰川径流普遍呈现上升趋势，但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响，存在显著的空间差异；总体来看，位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面，除部分冰储量较大的西风区流域（塔里木河、印度河）外，第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约，对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性，未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性，进而为该地区水资源利用与管理和防洪减灾工作提供科学依据。
在全球变暖背景下，亚洲高山区冰川正在加速消融退缩。从冰川的物理变化机制，数值模拟冰川变化的过程，是揭示冰川变化机理的关键，也是研究冰川对气候的响应以及预测冰川变化的重要途径，更是应对冰川变化引发水文、生态、和环境效应的重要前提。作为冰川变化研究的前沿方向和热点领域，数值模拟一直是山地冰川研究的核心任务，近年在对亚洲高山区冰川研究中进展迅速。本文首先简要介绍了对山地冰川进行数值模拟的基本原理和方法，然后简要回顾了近年来亚洲高山区冰川数值模拟的研究现状，最后基于目前的研究与认识，提出我国在冰川数值模拟研究的薄弱环节并进行了展望和设想。本文可为建立、发展冰川数值模型，尤其是亚洲高山区山地冰川数值模拟研究提供基础知识和参考。
雪崩是冰冻圈内主要的自然灾害之一，严重威胁高寒山区内的交通廊道、能源输送和通信干线、矿区、牧区、旅游区等安全并造成基础设施毁坏和人畜死伤，阻碍山区社会经济的可持续发展。随着气候变化和人类活动不断向高寒山区扩展，暴露在雪崩危险之下的人口及基础设施日趋增多，雪崩的风险显著增强。为保障山区的社会经济可持续发展，对雪崩灾害防治管理需求不断增加。在梳理我国1960年以来主要雪崩研究进展基础上，结合世界各地雪崩研究成果，总结了雪崩的影响因素和区域规律、雪崩的形成与运动机理、雪崩监测预警、雪崩风险评估和雪崩工程防治等方面的进展和亟须研究的前沿问题以及科学难点。同时本文论述了气候变化对雪崩活动的影响，以及人类活动与雪崩活动之间的相互影响，展望了未来雪崩防灾减灾的需求并提出对策，推动雪崩防灾减灾研究。
梅里雪山雪崩多发，但缺乏系统监测和研究。1991年1月3日梅里雪山发生了造成中日联合登山队17名队员遇难的巨大雪崩事件。2019年安装在明永冰川末端附近的物候相机拍摄到临近梅里雪山明永冰川的一次雪崩事件。两次事件类型不同，这对我们进行雪崩预测预警有良好的指示作用。本研究以RAMMS（Rapid Mass Movement System）模型为手段，利用经验值和经验公式确定影响模拟结果的主要模型参数和积雪可能断裂深度，在优化分析的基础上，对两次雪崩事件进行重建，定量分析雪崩堆积量、堆积范围等。结果显示：1991年雪崩共持续了192 s，雪崩体从海拔5 730 m处断裂，沿坡面崩塌而下最终堆积在海拔约5 000 m的冰川粒雪盆地区，形成面积为0.6 km2，体积约67×104 m3的堆积体。2019年雪崩共持续了158 s，雪崩流最大高度35.91 m，最大速度79.34 m·s-1，堆积量76.2×104 m3，雪崩堆积范围与野外观测到的一致。两次雪崩事件发生地位于雪崩极高危险区和高危险区，在一定程度上验证了风险评估的准确性。研究结果可为梅里雪山地区未来潜在雪崩灾害的风险评估提供依据，为雪崩预测预警提供良好的参考。
冰川内部温度与过去冰面温度变化密切相关，因此可以利用冰川钻孔温度对过去冰面温度变化过程进行重建。耦合的热传导-冰流物理模型与相关反演算法，是基于冰川钻孔温度进行古气候重建研究的理论基础和关键。论文收集了过去三十多年基于冰川钻孔温度进行古气候重建的研究文献，从冰川钻孔温度对气候变化的响应和古气候重建等方面进行了概述，并简要讨论了不同反演算法的优劣性和适用条件。尽管很多因素（如太阳辐射、融水等）都会对冰川钻孔温度造成影响，但两极或高纬地区的冷冰川钻孔温度能较好地反映气候变化历史。目前已通过这些不同地区的冰川钻孔温度，重建了末次冰期冰盛期以来不同时间尺度的气候变化历史，同时可与对应的冰芯记录相互印证。此外，通过冰川钻孔温度可以研究冰川与气温的耦合作用，并进一步预测冰川对未来气候变化的响应。利用中纬度冷冰川钻孔温度开展古气候重建的研究较少，未来加深这一方面的研究将有助于揭示中纬度高海拔地区的气候变化状况。
青藏高原积雪对区域气候及水循环有重要影响，现有积雪数据集在该区域存在很大不确定性，适用性评估工作不可或缺。基于气象站观测数据（OBS），采用秩评分方法对一套被动微波遥感（CHE）和两套再分析（ERA5-Land和MERRA2）积雪深度数据进行了多变量、多评价指标的综合定量评估。结果表明：从年平均积雪深度、年最大积雪深度、年积雪日数三个变量分别评价各数据，MERRA2对年最大积雪深度、年积雪日数模拟最好，CHE对年平均积雪深度描述最好；各数据在不同评价指标上的得分排名存在较大差异，CHE在描述线性变化趋势上具有优势，ERA5-Land在描述年际变化上具有优势，MERRA2在描述季节循环、多年平均值、极大值、标准差上具有优势；综合考虑，MERRA2在青藏高原适用性综合评分最高、ERA5-Land次之、CHE最低。三种数据均存在明显不足之处，MERRA2对积雪线性变化趋势的定性描述与OBS相反，对积雪年代际变化的模拟有待优化；ERA5-Land对各变量的多年平均值存在严重高估；CHE刻画积雪空间分布特征能力较差。由于青藏高原西部站点稀少，相关评估结论仅适用于高原中东部。基于遥感及再分析数据得到高原西部积雪变化趋势存在较大不确定性。
积雪是地表特征的重要参数，其对辐射收支、能量平衡及天气和气候变化有重要影响。利用1980—2019年被动微波遥感积雪深度资料对青藏高原积雪时空特征进行分析，在此基础上将高原划分为东部、南部、西部及中部4个区域，并分区域讨论了多时间尺度积雪的变化特征及其与气温、降水的相关关系。结果表明：不同区域积雪深度在不同时间尺度的变化特征存在差异，高原东部积雪深度累积和消融的速率比西部快，南部积雪深度累积和消融速率比中部快。季节尺度上，冬季积雪高原东部最大，中部最小；春季积雪高原东部消融速率最大，西部积雪消融较慢但积雪深度最大；夏季高原西部仍有积雪存在。年际尺度上，各区域积雪深度在1980—2019年均呈现缓慢下降趋势，但东部积雪减少不显著；高原东部积雪深度在1980—2019年呈现出增加—减少—增加—减少的变化，其余3区均呈现出减少—增加—减少—增加—减少的变化。不同区域积雪深度对气温、降水的响应不同，高原东部和中部积雪深度与气温相关性较好；各区域积雪深度与降水呈不显著的正相关关系。
冰厚分布和冰储量是冰川水资源、冰川变化和冰川动力学模拟研究的基础数据。本文基于七一冰川冰厚度雷达测量结果，结合GPS位置数据、遥感数据和冰川地形数据，运用协同克里金空间插值算法，绘制了冰厚分布图和冰床地形图，并运用厚度积分法估算了冰川冰储量。2015年七一冰川的面积为2.517 km2，平均冰厚和冰储量分别为44.9 m和0.1129 km3，实测最大冰厚为115 m。海拔4 480~4 600 m和海拔4 640~4 800 m是七一冰川两个冰厚值较大的区域，平均冰厚分别为88 m和97 m。
冰架是南极冰盖物质损失的主要出口。南极冰架动态变化和物质平衡的研究对揭示南极地区的气候变化具有重要的参考价值。本文从表面融化、冰流速、前缘崩解、底部融化和物质平衡五个方面入手，对近些年来南极冰架变化监测的研究进展进行梳理和归纳总结，综述了它们的观测方法、观测结果、机制分析及当前面临的问题。极地观测卫星和现场观测网络的发展、冰架多维度综合分析及数值模拟研究的推进，将有助于进一步揭示冰架变化因子之间的耦合作用及其演变机制，为全球增温影响南极冰盖/冰架的物理机制研究及其变化预测提供重要依据。
在全球变暖的背景下，南极已成为全球气候变化研究的热点，然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列，限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一，有力弥补了观测资料不足的缺陷，然而模式存在误差，在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004—2013年南极冰盖2 m气温、10 m风速和地表气压进行了数值模拟，并与28个气象站数据进行了对比分析，结果表明：模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低，在内陆偏高，在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差，而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看，模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛，而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想，在2004—2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2 m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验，季节误差和月误差整体较小，且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10 m风速的模拟精度要略低，部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5 m·s-1，但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5 m·s-1。虽然Polar WRF作为天气模式，但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。
冰盖数值模拟是一种基于多源观测数据，通过构建并求解冰流动力学方程组，理解冰流运动物理机制以及诊断和预估其演化过程的方法，目前已被广泛应用于冰盖变化研究。本文简要介绍了极地冰盖数值模拟方法，归纳综述了近十余年我国学者在极地冰盖数值模拟方面的研究进展，厘清我国在冰盖数值模拟领域遇到的瓶颈和关键问题。阐述了如何与我国的极地冰盖科考优势区域深度结合，协同多源强化观测和数值模拟，研发和改进冰盖模式，提高冰盖模拟能力，对定量估算极地冰盖的物质平衡及其对未来海平面上升的影响做出实质贡献。通过逐步发展冰盖模式的研究能力，有望将来在冰盖关键动力过程和机制的科学认识上有所突破。
基于MODIS温度产品，着重分析了2000—2020年格陵兰冰盖夏季表面温度和表面融化范围的年际变化趋势；联合IMBIE（冰盖物质平衡对比实验）数据分析表面温度对于冰盖物质平衡的影响；进一步讨论了大气环流对于格陵兰冰盖表面温度变化的影响。结果表明：格陵兰冰盖夏季表面温度和融化范围趋势较为一致，2000年初期呈现出显著的上升趋势，2012年达到峰值，随后波动下降；整个研究阶段北部区域是增温速率最大的区域，高于其他任何区域两倍，东南部和西南部是温度最高的区域却具有最小的增长率；格陵兰冰盖夏季表面温度、融化范围以及物质平衡之间都具有显著的相关性，同时格陵兰冰盖夏季表面温度每上升1 ℃，会导致其物质损失增加74.29 Gt·a-1；最后，经过对北大西洋涛动（NAO）和格陵兰阻塞指数（GBI）指数的分析得到，格陵兰冰盖夏季表面温度受到GBI的影响要强于NAO的影响，冰盖夏季表面温度和NAO呈现出负相关（r=-0.64，P<0.05），和GBI呈现出正相关（r=0.77，P<0.05）。
冰川融水是高加索重要的淡水资源，对区域农业灌溉、水利发电等具有重要意义。本文基于Landsat影像和Sentinel-1影像对的相干系数图，结合GLIMS冰川编目以及WGMS冰川物质平衡资料，研究了1960—2020年高加索山地冰川变化的时空格局。研究结果表明，2020年高加索山共分布有冰川1 912条，总面积（1 087.36±66.44） km2。1960—2020年冰川面积共计萎缩（587.36±98.66） km2［（35.07±5.89）%］，年均萎缩率达到（0.58±0.10）%·a-1。1960—1986年、1986—2000年、2000—2020年高加索冰川的面积萎缩率分别为（0.44±0.20）%·a-1、（0.66±0.77）%·a-1和（0.96±0.31）%·a-1，表明近60年以来高加索冰川处于加速退缩状态。对物质平衡资料的分析结果显示，近60年来高加索山脉的Djankuat和Garabashi冰川均处于强烈的负平衡状态，并在2000年后物质亏损明显加速。对气候资料的分析结果则表明气温的加速上升是近几十年来高加索山地冰川加速退缩的主要原因。
青藏高原及周边冰川区表碛分布十分广泛，其通过地-气-能-水交换、反照率变化等影响冰川消融及空间特征，导致表碛覆盖型冰川物质平衡响应机制、水文效应及其致灾过程不同于无表碛覆盖型冰川。本文在系统梳理青藏高原及周边冰川区表碛空间分布特征的基础上，综合分析了表碛对冰川区消融、物质平衡和水文过程的影响及其对气候的响应过程，并系统分析了表碛影响观测与模拟的研究进展。目前不同尺度冰川物质平衡和径流模型对表碛影响的考虑依然不足，导致应用现有模型开展表碛分布及动态变化和评估气候变化条件下表碛影响面临诸多挑战。展望未来，深入认识气候-冰川-表碛系统相互作用与反馈机制，发展考虑多物理过程的冰川-表碛系统协同演化的动态模型，预估气候变化驱动下的冰川区表碛动态影响及趋势，进而服务于区域社会经济发展和“绿色丝绸之路”建设。
入湖冰川受冰湖作用影响，物质损失速率高于其他类型冰川，并导致冰湖进一步扩张，冰湖溃决风险增加。建立入湖冰川物质变化序列，对揭示不同类型冰川对气候变化的响应特征，以及评估冰湖溃决风险研究具有重要意义。基于中国地面气象要素驱动数据集和实测气象数据，采用冰川表面能量-物质平衡模型估算了冰川表面物质变化，并结合冰川流动和末端退缩特征，重建了1989—2018年龙巴萨巴冰川物质变化序列。结果表明，近30 a龙巴萨巴冰川总物质损失为0.315 km3 w.e.，平均物质变化速率为-0.114 km3 w.e.?a-1。冰川平均表面物质平衡为-0.26 m w.e.?a-1，表面消融是冰川物质亏损的主要贡献因素。气温变化对冰川表面物质损失的影响高于降水；冰川表面物质平衡对夏季气温和降水变化的敏感性强于其他季节；表碛覆盖加速了冰川表面消融，且较薄的表碛厚度会加剧冰川表面物质损失。
青藏东南部海洋型冰川具有独特的气候敏感性，普遍呈现加速退缩趋势，这不仅影响区域水资源安全，而且伴生了相应的冰川灾害，是当前青藏高原冰冻圈变化研究的热点区域之一。本文对海洋型冰川物质平衡时空变化特征进行了综述，2000年以来冰川总体处于物质亏损状态，其平均物质平衡介于-0.66~-0.61 m w.e.·a-1之间；同时总结了海洋型冰川物质加速变化的驱动因素以及新特征。当前海洋型冰川物质平衡变化研究受观测数据缺乏和模型模拟不确定性等问题限制，尤其现有模型对冰面裂隙增多与扩张、冰崖-冰面湖-表碛相互作用、冰内冰下过程、冰崩、末端冰湖水-冰相互作用等过程的描述过于简化或基本缺失，其机理及影响仍存在较大的不确定性。未来需加强海洋型冰川物质平衡的综合监测，基于多数据和多方法的集成研究提高模型对冰川物质平衡多物理过程的耦合与模拟能力，为开展海洋型冰川物质变化的区域水资源效应和致灾效应研究奠定基础。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2021年8月发布了第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。该报告基于最新的观测和模拟研究，评估了冰冻圈变化的现状，并采用CMIP6模式对未来变化进行了预估。报告明确指出，近十多年来冰冻圈呈现加速萎缩状态：北极海冰面积显著减小、厚度减薄、冰量迅速减少；格陵兰冰盖、南极冰盖和全球山地冰川物质亏损加剧；多年冻土温度升高、活动层增厚，海底多年冻土范围减少；北半球积雪范围也在明显变小，但积雪量有较大空间差异。冰冻圈的快速萎缩加速海平面的上升。未来人类活动对冰冻圈萎缩的影响将愈加显著，从而导致北极海冰面积继续减少乃至消失，冰盖和冰川物质将持续亏损，多年冻土和积雪的范围继续缩减。报告也提出，目前冰冻圈研究仍存在观测资料稀缺、模型对各影响因素的敏感性参数和过程描述亟需提升、对吸光性杂质的变化机制认知不足等问题，从而影响了对冰冻圈变化预估的准确性，未来需要重点关注。
冰川跃动是多种冰川灾害的主要致灾因子，近年来与冰川跃动相关的冰崩、冰川垮塌、冰川泥石流等灾害的发生频率不断增加，使其成为国际国内冰川学研究的热点。依据对现有文献的统计发现，全球总计约有1 850条跃动冰川，主要分布于环北极地区和亚洲高山区，其中我国西部约有跃动冰川146条。跃动冰川可通过其特殊的表面形态标志，跃动前后冰川末端位置、表面高程和运动速度的变化，以及跃动产生的地貌学和沉积学特征来进行鉴别。跃动冰川的特殊运动模式主要由其内部和底床特性决定，包括冰内/冰下的热力学、水力学与形变等参数及变化过程等。现有大多数跃动冰川研究是基于各类遥感技术，主要着眼于跃动冰川表面变化，并据其对冰川跃动的可能机制进行分析。由于遥感方法精度有限且受天气、地形条件等的制约，同时无法获取冰内/冰下关键参数，因此野外现场观测在这些参数获取方面仍具有不可替代的作用。受限于冰内/冰下参数野外观测数据的缺乏，目前对冰川跃动机理的认识仍局限于早期提出的水力学和热力学两种机制，无法解释同一区域具备不同跃动机制的冰川共存，以及部分冰川跃动从冰川下部发起等问题。同时，在气候变化对跃动冰川的影响研究以及冰川跃动的模拟和预测等方面还有较大欠缺，需要在未来研究中重点关注。
音苏盖提冰川是中国面积最大的山谷冰川，且该冰川为跃动冰川，研究跃动冰川运动特征对预警冰川跃动导致的冰川灾害具有重要意义。本文选取20对2018—2021年Landsat-8影像，运用光学影像特征追踪方法提取音苏盖提冰川表面流速，评估流速不确定性，并分析该冰川流速时空变化特征。结果表明：音苏盖提冰川表面流速存在明显的空间差异，在2018年1月—2019年6月期间，音苏盖提南支流流速远大于其北支流（西）流速，而在2019年6月—2021年11月期间，呈现与之前完全相反的空间特征，这主要是北支流（西）流速在2019年6月突增导致。根据2018—2021流速变化结果发现，北支流（西）在2019年6月发生跃动，至2021年11月仍处于跃动期，该支流冰川末端在2020年8月—2021年9月期间，约向主冰川推进320 m；南支流在研究时间段内流速一直很大，最大流速达到441 m·a-1；音苏盖提冰川北支流（东）流速在2021年7月突增，该支流可能发生跃动；音苏盖提冰川主冰川流速在南支流汇入和两条北支流发生跃动后明显增大。此外，该区域主冰川及各支流冰川流速最大值的高程分布存在时空差异。
积雪作为干旱区的重要水源，深刻影响区域水资源及经济发展。决定积雪量的积雪深度、积雪面积和积雪密度在时空分布上存在不确定性，尤其是积雪密度难以获取。本文利用FY-3B/MWRI（Fengyun 3B Microwave Radiation Imager）数据反演积雪密度，结合1979—2020年长时间序列遥感雪深数据集，对天山地区40多年来积雪期（11月—次年3月）及其不同时期（积累期、稳定期、消融期）的积雪量进行估算，并分析其时空分布及与地形、气象等因子之间的关系。结果表明：1979—2020年，天山地区积雪期不同时期积雪量存在差异，稳定期积雪量最大，消融期次之，积累期最小。研究时段内，积雪期积雪量最大值出现在1979年，最小值出现在1998年，积雪期积雪量呈微弱的下降趋势，消融期积雪量下降趋势显著。多年平均积雪量空间格局与积雪深度和积雪密度基本一致，主要呈现为西北多东南少的特点。天山地区积雪量空间分布主要受海拔、坡度影响，积雪量与海拔正相关，海拔越高，积雪量越丰富；在15°以下时，坡度对积雪的影响较大，且坡度越大，积雪量越大。不同时期积雪量的多年变化与气温关系密切，在一定温度范围内，气温越低，积雪量越大；稳定期积雪量变化同时受积累期降水影响，积累期降水越多，稳定期积雪量越大。本文基于遥感积雪深度和密度的天山积雪量研究结果，可供气候变化条件下新疆水资源利用和经济发展参考。
保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程，进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融，实现冻害防治的目的。在工程设计中，隧道保温段的敷设长度和厚度是两个关键参数，其中敷设厚度相对容易确定，但是敷设长度的确定目前缺乏统一的标准和简便可靠的方法，给隧道保温设计带来了一定的难度和不确定性。基于此，对包括现有铁路和公路规范要求、经验公式、工程类比法、理论解析法、数值模拟法等寒区隧道保温段敷设长度确定方面的工程实践、研究进展和挑战进行了系统的总结，并在此基础上提出保温设防设计用气象数据的选取方法、保温设防长度确定的依据、隧道进出口的差异性，以及季节冻土与多年冻土区隧道的差异等未来工程实践和科学研究仍需解决和研究的重点，以期能够为寒区隧道保温防冻工程设计难题的解决提供参考。
为了合理分析定向渗流诱导的非均质冻结壁的力学特性，将冻结壁最迟交圈的位置视为“危险截面”，通过分段等效的方法结合温度特征点的分布规律，得出该截面的温度曲线表达式；根据冻土力学参数与冻结温度的线性关系，将冻结壁视为随温度函数变化的非均质材料；分别基于M-C准则、D-P准则、广义Tresca准则及双剪强度准则，推导得出定向渗流诱导的非均质冻结壁应力计算公式。基于该公式，结合实际冻结方案的设计参数对冻结壁的力学特性进行计算分析。计算结果表明：冻结壁的承载力随着水流速度的增大而减小，当水流速度为5 m·d-1时，基于M-C、D-P、广义Tresca、双剪强度准则计算得出的弹性极限承载力以及塑性极限承载力分别为2.480、2.462、2.741、3.202以及4.349、4.318、4.561、5.779；当地下水流速增加至10 m·d-1时，对应的弹性极限承载力以及塑性极限承载力降低至2.087、2.085、2.203、2.784以及3.700、3.707、3.908、4.939。冻结壁的径向应力随着相对半径r的增大而增大，而环向应力的分布具有明显的区域差异性；在弹性极限状态下，冻结壁的环向应力的最大值出现在靠近冻结壁中间的位置；在塑性极限状态下，冻结壁的环向应力的最大值出现在冻结壁的分区界线（r=1.685）处。
随着冬季抢修抢建混凝土工程的增多，研发适用于严寒地区具有良好抗冻性的快硬水泥意义重大。磷酸镁水泥具有早期强度高、初凝时间短、与混凝土相容性好等特点，被视为混凝土工程的良好快修快建材料。然而，磷酸镁水泥制备的水泥砂浆或混凝土在北方地区的冬季往往会受到冻融循环作用，导致其耐久性和强度出现不同程度的退化。为增强磷酸镁水泥的抗冻性，在磷酸镁水泥制备中用铁铝酸盐水泥代替一定数量的过烧氧化镁，制备出快硬磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥。通过冻融循环前后磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件的质量损失测试、强度试验、孔隙率测试及SEM-EDS测试，得出：铁铝酸盐水泥代替氧化镁的数量在30%~40%时，制备的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件冻融循环后的质量损失率最小，抗压强度和抗折强度达到峰值，抗压强度和抗折强度剩余率最高，孔隙率最小，因而该配合比的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥具有最好的抗冻性。由SEM-EDS测试可知磷酸镁水泥砂浆试件冻融循环后，基体中的胶凝材料K-鸟粪石部分溶解，试件整体结构疏松，晶体间存在大量间隙；磷酸镁水泥制备中掺入铁铝酸盐水泥后，制得的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥水化生成大量晶体填充于砂浆试件基体内部，无定形水化产物对砂浆试件的强度有一定补偿作用，使得磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件在冻融循环后孔隙率大幅减小，密实度得到提高，使得磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的抗冻性能得到了显著增强。磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥为北方严寒地区冬季混凝土抢修抢建工程提供了一种新材料。
融雪径流是西北地区宝贵的水资源。过去几十年，西北山区融雪径流模拟研究广泛开展，在积雪消融过程观测和模拟、驱动数据空间分布与融雪径流模型应用、分布式融雪径流模型改进和发展方面都开展了比较深入的研究，取得了较好的成果。插值算法、遥感反演和数据同化技术的发展，为分布式融雪径流模型在西北山区的广泛应用提供了数据支撑。气候变暖和经济社会的发展将进一步加剧西北干旱区水资源供需矛盾，对融雪径流模拟的精度和时空分辨率提出了更高的要求。综合西北山区融雪径流模拟研究的已有进展和面临挑战，提出未来西北山区融雪径流模拟研究需要在积雪积累和消融过程的机理探究、积雪时空分布变化监测和高精度积雪分布数据获取、气候变化对流域融雪径流影响量化方面开展深入研究。
冰川-冰湖耦合过程是冰冻圈物质与能量循环的重要组成部分，系统刻画冰川演化与冰湖发育过程的相互作用机制，对于完善冰冻圈科学理论体系和认知冰川作用区变化规律、水循环模式和灾害效应具有重要意义。本文立足山地冰川演化和冰湖发育过程，系统归纳了冰川-冰湖相互作用研究进展，剖析了冰川作用与冰湖发育耦合机制及相关模型的应用，并对现有冰川演化与冰湖发育过程耦合机制研究存在的不足与挑战进行解析和总结。冰川-冰湖耦合过程的深入研究有助于提高数值模拟的可信度与精度，为评估冰川-冰湖耦合过程影响、建立灾害监测预警体系和采取适应性措施提供数据与理论基础。
反照率是影响冰川融水径流和冰川物质平衡的重要因素，但仍缺乏考虑反照率对冰川径流及物质平衡模拟效果影响的定量研究。本研究基于自主研发的冰川流域水文模型（FLEXG），在模型中加入反照率和入射短波辐射，以改进模型。利用2005—2014年长江源区冬克玛底冰川流域实测水文气象数据，以及2010—2014年小冬克玛底冰川各高程带物质平衡数据，开展了冰川流域径流和冰川物质平衡的模拟研究。研究发现：考虑反照率和入射短波辐射后，FLEXG模型对日尺度径流的模拟有一定改善，验证期KGE从0.49提高到0.51；冰川物质平衡的模拟也有明显提高，R2从0.67提高到0.83。同时，6—9月冰川径流的贡献从63%提高到66%，与利用同位素信息分割径流的结果更为接近，模拟真实性得到明显提高。
2005年为喜马拉雅山中段的暖干年，夏季气温为历年最高。本文利用2005年珠穆朗玛峰绒布冰川下游水文观测资料及附近定日气象站资料、羊卓雍湖卡鲁雄曲冰川流域水文资料及附近浪卡子站气象资料，分析了两个流域的融水过程，建立冰雪消融数值模型，并进行了对比研究。结果表明：统计相关得到两流域气温和降水高度相关性（r>0.8），说明在区域尺度上两个地区的气候过程相似。绒布冰川消融强度比卡鲁雄曲冰川约大2倍，冰川退缩速率二者也差2.5倍，说明用冰川消融气温估计的水量损失基本反映两地冰川变化的事实。本文提出的冰雪融水模型，可以用于两个冰川区之间广大无资料冰川流域融水及冰川变化的估计，以及恢复珠穆朗玛和喜马拉雅山脉其他地区的长期水文过程及水资源变化的计算。
基于新疆天山西部46个表土样品花粉谱特征，结合植物群落样方调查结果，分析了该区域表土花粉与现代气候和植被分布的对应关系。结果表明：天山西部表土花粉组合与现代植被分布相一致，聚类分析结果将研究区分为3个植被带，按海拔由高到低分别对应山地草原带、荒漠植被带和典型荒漠带，总体上该地区表土花粉组合大致能反映当地植被的主要特征，但某些花粉类型百分比与相关植物盖度存在明显差异；乔木植物中云杉属和松属花粉，灌木植物中麻黄属花粉，以及草本植物中藜科和蒿属花粉因受到自然风力、水流、自身花粉产量的影响，表现出明显的超代表性；灌木植物中的蔷薇科花粉和草本植物中的禾本科花粉在以其自身为优势种的现代植物群落中呈现低代表性。蒿属与藜科花粉百分含量的比值（A/C）可以将荒漠带、山地草原带区分开，很好地反映干湿程度。但在利用这个指标进行气候环境重建时，需要结合花粉组合特征以及植被组成和其他因素的影响进行判别。海拔、年平均降水量以及年平均气温共同影响该地区表土花粉组合分布。
冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史，而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法，提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年，以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法，但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约，冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年，但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求，随着测量技术与手段的突破，新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术（如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术）大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度，有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部；基于“原子阱痕量分析”（Atom Trap Trace Analysis，ATTA）的惰性气体（85Kr、81Kr、39Ar）放射性测年技术是一项革命性的技术，由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的14C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段，而且用冰量低，有望解决冰芯中碳含量低，定年困难的窘迫状况。此外，人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯3H低本底测量技术结合数据处理方法，有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号，将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。
为实现4D（时间+空间）多目标、高精度的积雪监测，本次试验研究采用单台相机延时拍摄结合运动结构重建算法（Structure from motion，SfM），分别获取了祁连山黑河上游站裸露山坡坡面尺度单次降雪的雪深、逐日积雪空间分布和面积，以及祁连山八一冰川1.5 m×1.5 m的斑块尺度全年雪深及雪面特征数据。坡面尺度积雪观测研究表明：本方法可以准确获取积雪分布信息，但其雪深空间分布获取精度较差。斑块尺度雪深监测研究表明：本方法能够很好地获取连续的雪面特征信息和雪深，且获取雪深与SR50观测雪深的绝对误差小于3.4 cm。在不同季节，本方法对积雪监测能力略有差异：春季快速积累期雪面纹理少，照片组对齐并获取点云数据和DEM数据的成功率较低，而冬季和消融季雪面纹理丰富，相应的对齐成功率比例和精度较高。本研究表明基于单台相机的4D摄影测量方法能够实现小范围、连续、高精度、多目标的积雪监测，未来应用前景广泛。
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