石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体，广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区，是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动，其活动性在全球变暖背景下逐渐增强，成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外，石冰川内部含有大量冰体，是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展，将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型，并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进，以及岩屑与冰的补给等过程组成，其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构，以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下，冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层，可以保护下伏冰体减缓融化，延缓和降低石冰川对气候变化的响应，成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13 511条石冰川纳入编目，总面积超过945.51 km²，但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模型研究。

石冰川是一种发育在高寒山区的典型冰缘地貌，其发育、分布和运动特征对高山多年冻土的状态和演化具有指示性意义。针对光学遥感影像解译难以定量判定石冰川活动状态的难题，本文联合时序合成孔径雷达干涉测量和光学遥感影像地貌解译进行石冰川探测和识别，在大雪山南段编目了860条石冰川，并统计了其关键地貌和活动参数。结果显示，研究区内石冰川由南向北分布逐渐集中，表明区域北部冰缘环境更有利于石冰川的发育；区域内石冰川发育的海拔范围在3 638~5 107 m之间，74%石冰川朝向西、西北、北、东北方向发育；97%石冰川的年均形变速率小于100 mm?a^-1，并且北部区域石冰川的活动性相较于其他区域更强。基于石冰川面积与含冰量之间的经验关系模型，初步估计研究区石冰川储水量为0.963~1.445 km³。本文研究成果可为进一步开展青藏高原东南缘石冰川的时空演化规律、水文和灾害效应提供重要基础数据。

活动层作为多年冻土区水热物理和力学动态最活跃的近地表层，是供给高寒植物生长所需水分和营养物质的关键区，是多年冻土与大气圈、土壤圈进行能水和物质交换的主要通道，也是微生物活动最频繁和生物地球化学循环最关键的冷生土壤层。近几十年来，在气候变暖和人类活动增强影响下，多年冻土区活动层厚度（ALT）普遍增加，对寒区环境与冻土工程产生了不利影响。本文对影响天然状态下ALT空间分异的宏观地质地理和微观局地因子、ALT的野外测量和模拟计算方法、ALT对气候变化的响应特征进行了回顾，并探讨了ALT变化对高寒生态环境的影响。研究表明：太阳辐射及其重分布和下垫面的复合作用是ALT空间分异的主因，在其他因素和条件一致时，高程多年冻土下界和纬度多年冻土南界附近的ALT较厚；近三十年来ALT积极响应气候变暖，随气温升高而增加，但区域差异明显，中纬高海拔和山地多年冻土区ALT大部分呈显著增加趋势，而高纬富含冰多年冻土区ALT因地下冰融化下沉，一定程度上抵消了因气候变暖而增加的部分。本文还展望了ALT未来研究方向，认为应聚焦ALT精准模拟制图、ALT变化的自适应机制、ALT变化对生物地球化学循环的影响和ALT变化对水文水资源的影响等四个方面。

在全球气候变暖的背景下，新疆的冰川迅速融化，形成了大量规模较小的冰湖。部分冰湖在短时间内迅速扩大，并可能引发溃决洪水，提高对这些小型冰湖的制图精度对深入了解冰川冰湖灾害机理至关重要。本文基于Sentinel-2影像和DUNet语义分割模型生成2022年新疆冰湖数据集，并结合历史冰湖数据分析了冰湖的空间分布特征。结果表明，大（>10 hm²）、中（>1~10 hm²）、小（≤1 hm²）型冰湖的制图平均误差分别为2.29%、10.02%、27.71%，平均误差均小于已有的三种冰湖产品，其中面积>0.81 hm²的冰湖相对误差为18.36%。2022年新疆>0.06 hm²的冰湖数量为6 854个，总面积为200.36 km²。其中，≤1 hm²的冰湖占总数量的70.32%，>1 hm²的冰湖占总面积的92.49%。阿尔泰山区、天山西部、天山南部是新疆冰湖分布最集中的区域，也是近30年来冰湖数量增加最多的区域；在各区域中，面积≤10 hm²的冰湖数量增加最为显著。本研究可为新疆冰湖灾害预警、冰湖灾害评价提供数据支持和有效依据。

土冻结过程中的水分迁移积聚与冰分凝关系密切，但两者之间的耦合关系至今仍不清晰。借助孔隙水压力测试以及多层核磁测试技术，通过系列土冻结试验，研究了水分积聚与冰分凝之间的动态耦合关系。试验结果发现粉质黏土和本文试验用兰州黄土在冻结过程中均在冻结锋面附近存在明显的水分积聚现象，但水分积聚模式存在明显差异。本文试验用兰州黄土在封闭系统条件下发生冻结时，未观察到分凝冰生成，孔隙水压力以上升为主，在冻结初期冻结锋面附近观察到明显的液态水积聚现象；而在粉质黏土的冻结过程中，可观察到冰分凝产生，孔隙水压力以下降为主，在冻结锋面附近未观察到液态水积聚现象。分析上述现象认为，在土体冻结过程中冻结锋面附近的水分积聚存在两种模式：1）压排式积聚：由于无分凝冰形成（孔隙冰的形成），冻结区（近饱和或饱和的情况下）与未冻区的水分在水压力梯度的驱使下向冻结锋面处迁移；2）冷吸式积聚：由于分凝冰的形成，未冻区的水分在吸力的驱使下向冻结锋面处迁移。值得注意的是，这两种土体冻结过程中的水分积聚模式及其影响权重与分凝冰的形成与否有着密切关系：无冰分凝的情况下，只可能在冻结初期存在压排式水分积聚；而当存在冰分凝时，在冻结初期几乎没有压排式水分积聚，在冻结后期则以冷吸式水分积聚为主。不同成冰机制下的水分迁移及积聚模式可以进一步细化土体冻结过程中的水热动态过程，这一发现将对寒区道路工程的病害机制研究、防治措施设计以及厚层地下冰的形成机制有重大参考价值。

冰川反照率影响着冰川表面能量收支状况，其强烈的反馈机制是驱动冰川物质平衡变化的关键因素。本文基于MOD10A1和MYD10A1反照率产品、萨吾尔山冰川物质平衡大地测量法结果、木斯岛冰川实测反照率及物质平衡，开展了2000—2022年萨吾尔山冰川反照率变化及物质平衡估算研究。结果表明，2000—2022年，消融期内萨吾尔山冰川平均反照率下降了约0.035，变化速率约为0.0015 a^-1。最小反照率最早出现时间为6月16日，最晚出现时间为9月8日，平均以10 d⋅（10a）^-1的速率提前。在95%的置信水平下，木斯岛冰川反照率-物质平衡模型（A-Ms模型，即单条冰川模型）的决定系数R²为0.84。基于冰川编目及现场环境考察，将萨吾尔山冰川划分为冰斗冰川、山谷冰川和悬冰川，对应类型的A-Mr模型（区域冰川模型）的决定系数R²分别为0.81、0.74和0.72。2000—2020年，A-Ms模型重建萨吾尔山冰川物质平衡值为-1.24 m w.e.·a^-1，A-Mr模型相应的重建值为-0.90 m w.e.·a^-1，A-Mr模型模拟结果更能反映萨吾尔山冰川的物质损失状况。与亚洲高山区各山地冰川相比，萨吾尔山冰川物质损失最大。

基于两个共享社会经济低碳路径（SSP1-2.6、SSP2-4.5）下的CMIP6中的8个GCMs气候模式进行黄河源区2021—2060年平均气温和降水量预估。在此基础上，利用CMIP6中的8个GCMs气候模式分别驱动HBV、SWAT水文模型综合集成预估了黄河源区2021—2060年流量的年代际变化。结果表明：SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下，2021—2060年黄河源区呈暖湿化趋势，平均气温较基准期（1995—2014年）分别上升1.3 ℃、1.6 ℃，年降水量分别增加11.6%、11.5%。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下2021—2060年黄河源区年平均流量分别增多8.6%、8.5%；两种情景下黄河源区21世纪各年代际流量均增加，其中21世纪20年代和30年代流量增幅小于40年代、50年代流量增幅。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区2021—2060年6—8月流量减幅在1%以下，而3—5月和9—12月流量增幅为0.1%~2.1%。SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区蓄水期（9—11月）极端丰水流量增加2.5%~2.7%，SSP1-2.6情景下黄河源区2021—2060年汛期（6—8月）极端丰水流量总体增加0.1%，SSP2-4.5情景下黄河源区汛期极端丰水流量减少1.3%，SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下黄河源区枯水期（12至次年5月）极端丰水流量减少0.7%~1.0%；黄河源区汛期（SSP1-2.6和SSP2-4.5情景）及枯水期（SSP1-2.6情景）极端枯水流量较基准期增加0.8%~1.9%，两种情景下黄河源区蓄水期极端枯水流量减少1.8%~2.3%。

深层热水钻是开展极地冰下湖洁净钻探取样的重要工具。井下回水系统是深层热水钻的关键组成部分，主要包括回水软管、注热软管、潜水泵和回水腔等。回水软管用于抽取回水腔中的融水至地表以实现循环利用，而注热软管则用于将地表热水注入回水腔以防止其冻结。回水软管和注热软管的热流特性对井下回水系统设计十分重要，但目前还未开展系统研究，其压力损失和温度损失的变化规律尚不清楚。本文首先基于达西-魏斯巴赫公式和苏霍夫温降公式提出了回水软管和注热软管热流特性的理论计算方法；然后，在COMSOL Multiphysics 5.6软件建立了两种软管热流特性的数值模拟方法，并与理论计算结果进行了对比；最后，系统分析了流量、内径、长度、进口水温、导热系数、内壁粗糙度、冰层温度、壁厚等因素对回水软管与注热软管压力损失和温度损失的影响规律。研究结果指出了影响回水软管与注热软管热流特性的主导因素，得到压力损失和温度损失的大小，从而为设计安全高效的井下回水系统提供了理论支撑。

白令海是北冰洋的边缘海，其海冰变化与北极其他海域存在巨大差异。近10年来，白令海海冰面积发生显著减少，对区域水文、大气甚至生态系统造成巨大影响，甚至影响到中纬度乃至我国气候系统。基于卫星观测、模式模拟等多种手段，学术界对白令海海冰时空变化特征及其影响因子进行了大量的研究。本文阐述了白令海近期海冰变化，回顾了海冰变化的影响因子，总结了白令海海冰变化对水文、大气、生态系统以及中纬度气候系统的影响。通过对已有研究进行综合分析指出，受研究方法缺陷和观测数据缺失，以及探索因果关系机制的综合性研究较少的影响，对于驱动季节内白令海海冰变化机理认识仍然不足。进一步指出，需要加强对前期海冰对后期海冰影响、风场对海冰的拖拽作用、暖平流对海冰的影响尺度以及海冰面积变化尺度演变等方向的研究。

青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区，目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料，对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明：三江源区年平均气温为-0.34 ℃，呈东高西低分布，总体以0.38 ℃·（10a）^-1的速率上升，并在1997年发生突变，突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm，自西北向东南减小，总体以2.4 cm·（10a）^-1速率退化，与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日，以1.0 d·（10a）^-1速率推迟，平均地表冻结终日为5月18日，以3.3 d·（10a）^-1速率提前，与变暖前相比，地表冻结终日提前了12 d，地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d，呈西高东低分布，总体以1.9 d·（10a）^-1速率减少，与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变，相比气温均有一定滞后。这说明，季节冻土在受气温变化影响同时，还受地形、人类活动等其他因素影响。该研究揭示了三江源区季节冻土冻结作用弱化的现象，研究成果可为应对气候变化、工程建设等提供参考。

在气候变暖背景下，土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导，并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换，对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度（土壤0 cm处）数据，利用统计分析与数值模拟方法，综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响，同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明，2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季（10月—次年3月）平均雪深为5.9 cm，平均气温为-4.6 ℃，平均地表温度为-1.3 ℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4 ℃，平均地表温度为2.4 ℃。地气温差受积雪深度的控制，积雪每增加1 cm，地气温差增加0.26 ℃。拟合结果显示，气温每增加1 ℃，当积雪深度为 5 cm时，地表温度增加0.57 ℃；当积雪深度为30 cm时，地表温度增加0.20 ℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积雪年（2008年7月1日—2009年6月30日）的模拟试验，结果表明，当积雪密度从200 kg?m^-3增加至400 kg?m^-3时，积雪下方平均地表温度升高2.2 ℃；在保持2008年模拟时段积雪深度相同的情况下，降雪提前、降雪推迟、控制组三种情景的模拟结果显示，阿勒泰站2008年积雪期的平均地表温度分别为-2.7 ℃、-5.5 ℃、-3.6 ℃，表明降雪发生的时间越早，地表温度越高。

小冰川对气候变化非常敏感，监测与定量评估此类冰川变化有助于理解冰川对气候变化的响应幅度与机制。本研究结合多源遥感数据（卫星遥感与无人机航测），分析了近50年来青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川面积变化趋势，定量评估了该冰川近期的冰面高程变化幅度与空间分布。结果表明，1968—2021年廓琼岗日小型冰斗冰川的面积从（1.444±0.013） km²缩减至（0.712±0.001） km²，萎缩幅度达到50.7%，冰川末端退缩平均速率约为（6.23±0.71） m⋅a^-1。基于2020—2021年高精度无人机航测数据发现，廓琼岗日1号冰川冰面平均高程差达到（-2.41±0.69） m，冰川末端高程变化大于3 m，中部的冰面高程下降幅度在1.5~3 m之间。研究还发现冰川表面河道对冰面高程空间变化起着重要作用，该冰川表面共发育有13条表面河道，2020—2021年河道向西北方向偏移约2 m。冰面河道的向下侵蚀与侧向消融导致末端冰面高程变化呈现显著的空间差异。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）第一工作组报告对多年冻土区土壤碳储量、碳汇效应及未来气候情景下温室气体排放进行了归纳和总结。报告明确指出，北半球多年冻土区表层土壤和深层沉积物的有机碳储量为1 460~1 600 PgC（1 Pg=10亿吨）（中等信度）。随着气候持续变暖，多年冻土显著退化，土壤有机质迅速分解并以二氧化碳（CO₂）或甲烷（CH₄）的形式释放到大气中，加速了气候变暖。在未来全球变暖情景下，近地表多年冻土面积将显著减少，并向大气释放CO₂和CH₄，造成多年冻土碳与气候的正反馈作用。报告还指出，预计到2100年，气温每升高1 ℃，多年冻土区CO₂和CH₄的排放量分别相当于18（3.1~41） PgC和2.8（0.7~7.3） PgC（低信度）。但由于所使用的估算数据异质性较大及模型之间的一致性有限，并且对多年冻土环境驱动因素及过程模型的认知尚不完整，故多年冻土对气候变化反馈的时间及幅度的可信度还处于较低水平。

以寒区气候和冻土变化及影响为主线，系统梳理回顾了张廷军教授在四十多年冻土研究中所作出的重要贡献。凝练总结了张廷军教授在量化多年冻土及地下冰分布和变化、厘清寒区特殊陆面过程关键要素的交互作用、发展冻土数值模拟模型和诊断分析方法以及发展冰冻圈遥感方法四个方面所作的创新性成果，基于这些成果发表的论文多已成为冻土与气候变化研究方面的经典，极大提高了对寒区气候、冻土分布及变化的物理基础的认识，为冰冻圈科学事业作出了不可磨灭的贡献。张廷军教授四十余载的求真求实之路同样值得我们学习和铭记。

冻融指数不仅对冻土研究具有重要意义，而且是反映气候变化的有用指标。利用祁连山区11个主要气象站点的逐日温度观测值计算了1961—2014年的年大气及地面冻融指数，分析了这些指数的统计与分布特征，并通过非参数Mann-Kendall检验法、Sen斜率估计法及相关性分析法分析了年冻融指数的时空变化趋势。结果表明：祁连山区近54年来冻结指数呈显著下降趋势，融化指数呈显著上升趋势，多年平均大气冻结指数、大气融化指数、地面冻结指数和地面融化指数大致分布在994.3~1 540.9 ℃·d、1 828.2~2 376.6 ℃·d、744.7~1 287.3 ℃·d、2 706.0~3 542.6 ℃·d之间；其气候倾向率分别为-6.5、6.5、-7.7、9.1 ℃·d·a^-1。从西北向东南方向，冻结指数表现出中部高，往东西方向逐渐降低的分布特征，而融化指数则相反；冻融指数除了受海拔和纬度综合影响外，还受台站地的坡向、周边地形、积雪深度以及人类活动等因数的影响。冻融指数时间序列的突变点发生在1994—1995年，与其气温的突变相对应；在突变点以后，大气和地面融化指数的增长速率和地面冻结指数的下降速率增大，大气冻结指数的下降速率减小，且在整个研究期间地面冻融指数的变化率均大于大气冻融指数的变化率，说明地面温度变化对全球变暖更敏感。此外，冻融指数与年平均气温和地面温度的线性关系非常强，且年融化指数在年平均地面温度的构成中所占的比重比冻结指数大。该研究结果对于了解祁连山区气候和冻土变化，进一步计算冻土参数变化和进行祁连山生态环境治理具有借鉴意义。

气候变化显著影响北极地区的海陆环境，进而影响北极地区典型污染物的来源、传输与环境归趋。北极监测与评估计划（AMAP）近期发布的AMAP 2020评估报告《北极地区持久性有机污染物（POPs）和新污染物（CEACs）：气候变化的影响》指出：（1）气候变暖导致北极冰冻圈内长期储存的污染物重新释放和再分配，北极地区随人类活动加剧产生新污染物排放；（2）气候变暖增强了POPs长距离迁移潜力，海洋“生物泵”过程的强化增加了POPs在深海水域的沉积存储；（3）气候变化产生自然环境变化与生物生态变化，进而影响北极食物网的污染物赋存状态和当地居民的暴露水平。该评估报告显示，气候变化对POPs和CEACs的影响十分复杂，相关机制仍有待深入研究。未来需要将更多具有POPs性质的化学品纳入监管，继续开展国家监测项目，加强跨学科交流与活动以及政府、学校、北极本地居民间的合作。

冰川是冰冻圈重要的组成要素，作为我国西部干旱区重要的淡水资源，冰川变化的脆弱性与区域社会经济发展密切相关。本文以中国阿尔泰山为例，基于遥感影像分析了1990—2020年间阿尔泰山冰川变化的特征，构建了阿尔泰山冰川变化脆弱性的评估框架和指标体系，分析得到2000—2020年阿尔泰山冰川变化脆弱性的时空演变格局，并利用障碍度模型深入探析了冰川变化适应能力的影响因素。研究结果表明，在1990—2020年的近30年间，我国阿尔泰山冰川的面积和储量均减小了约20%，且不同县市冰川面积变化率存在较大的差异，青河县冰川面积缩小率最大，达到73%，布尔津县的冰川面积缩小率最小，仅为18%。阿尔泰山冰川变化脆弱性随时间呈先缓慢下降、后加速上升的趋势，区域差异在不断下降。在空间分布上阿尔泰山西北部和东部地区冰川变化脆弱性中等偏高；西南部地区冰川变化脆弱性偏低；中部地区冰川变化脆弱性在全局范围内最低。适应能力的提升能有效降低阿尔泰山地区冰川变化的脆弱性，以2010年为分界点，阿尔泰山冰川变化适应能力在前期依赖于区域经济和水资源状况的提升和改善，在后期适应能力的提升向社会公共收入与投资以及公共服务质量倾斜明显，各县市适应能力提升途径更加多元且均衡。

近年来，西昆仑山冰川物质平衡异常现象受到广泛关注，然而该地区冰川末端却同时存在前进（常态）、后退、稳定及跃动多种状态。冰川末端进退不仅与气候变化引起的物质平衡变化有关，还与冰川的运动速度变化密切相关。以往研究多集中在前者，而对后者研究较少。因此，本文基于ITS_LIVE v01速度产品，结合西昆仑山冰川表面高程变化及冰川厚度资料，分析西昆仑山地区具有不同变化状态的冰川在2000—2018年的表面运动速度变化特征。结果表明，西昆仑山冰川在研究时段内的多年平均运动速度为6.35 m·a^-1，年均速度波动上升，这主要是由该区域冰川表面高程整体上呈增加趋势［（0.15±0.02） m·a^-1］即冰川物质增加所造成；末端前进冰川的多年平均运动速度为4.07 m·a^-1，年平均运动速度在研究时段内呈增加趋势，这主要与该类冰川在研究时段内物质略微增加有关；末端后退冰川多年平均速度约为4.86 m·a^-1，年平均运动速度在研究时段内呈减小趋势，这主要与该类冰川物质亏损、减薄有关；末端稳定冰川多年平均速度约为3.04 m·a^-1，年平均运动速度在研究时段内保持稳定，该类冰川在研究时段物质平衡也基本处于零平衡状态。研究区内末端前进冰川的多年平均运动速度较末端后退冰川的偏小，主要是因为末端前进冰川的平均厚度较末端后退冰川的偏小。2000—2018年西昆仑山有7条冰川发生跃动，多年平均运动速度为13.21 m·a^-1，物质积累［（0.35±0.02） m·a^-1］引起速度增加。长度规模较大的后退冰川在2000年之前发生过跃动，由于目前处于平静期，冰川上部积累的物质未能及时输送到下部导致冰舌厚度减薄并后退。

作为长江、黄河、澜沧江的发源地，三江源区是我国重要的水源涵养区和生态屏障。在气候变化背景下，三江源区广泛分布的冻土显著退化，对植被变化与生态环境产生深远影响，但近20年植被变化特征及其对气候与冻土变化的响应尚不明晰。基于2001—2020年间三江源区植被、气象与土壤冻融数据集，分析了过去20年间三江源区植被物候变化特征及其对气候因子与土壤冻融要素变化的响应。结果表明：三江源区归一化植被指数（NDVI）整体呈东南高、西北低的空间格局，2001—2020年间三江源区植被整体呈变绿趋势，生长季NDVI以每10年0.017的速率显著增加；植被物候显著变化，生长季延长［6.3 d·（10a）^-1］，主要由生长季开始日期（SOS）提前［4.9 d·（10a）^-1］贡献。基于统计分析结果，气温和降水是生长季NDVI最重要的主导因素，植被对降水的敏感性在气温相对较高、降水相对较少的暖干区域更强；生长季开始前的降水是SOS最重要的主导因素。土壤冻融变化对植被生长的影响具有空间异质性，在暖干区域，土壤融化时段延长对植被生长起到抑制作用。总体来看，三江源季节冻土区的植被变绿与生长季延长速率高于多年冻土区，但在多年冻土不稳定或退化为季节冻土的区域，冻土退化可以疏干表层土壤进而抑制植被生长。研究成果为理解气候变化下以三江源区为代表的高寒冻土区植被及物候变化提供科学借鉴。

帕隆藏布流域位于中国海洋性冰川发育最为集中的藏东南地区，近年来随着全球气候变暖，帕隆藏布流域冰川亏损显著。利用全球开放冰川模型（OGGM）模拟了1980—2019年藏东南地区帕隆藏布流域1 554条冰川物质平衡，发现1980—2019年帕隆藏布流域全域冰川物质平衡呈现不断亏损的状态，为-0.41 m w.e.·a^-1，在2000—2019年物质平衡亏损更为严重，达到-0.56 m w.e.·a^-1。从空间分布上来看，流域东南部和流域西北部是冰川亏损最为严重的区域，流域中部和西部冰川亏损相比较少。温度的升高和降水的轻微减少是冰川物质亏损的主要原因。通过气温和降水的敏感性分析，气温上升1 ℃，流域71.75%的冰川物质平衡变化在-1 000~-500 mm w.e.·a^-1；降水减少20%，62.81%的冰川物质平衡变化在-450~-300 mm w.e.·a^-1，相较于降水，冰川对气温变化更为敏感。通过分析国家气象站及再分析数据，发现1980—2019年气象站气温上升均超过1.5 ℃，波密站2000—2019年总降水相较于前20年，减少了10%，流域降水整体呈现减少的趋势，气温的持续升高和降水的轻微减少导致帕隆藏布流域冰川处于持续亏损之中。

土冻结过程中的水分迁移、积聚是冻害形成的关键环节，至今仍是冻土物理学研究的前沿和重要课题。二十世纪七八十年代冻土水分迁移研究黄金时代以后，长期未有经典理论和科学认知的重大突破，冻土水分迁移中涉及的许多机理性问题和关键瓶颈难题至今仍不能准确回答，尚存在很多争议和认识上的不足，现有研究成果在实际工程中的应用并不令人完全满意。因其性质的易变性、微观性和突变性，冻结相变区（冻结缘）仍是冻土水热输运研究中的一个“黑箱”。研究评述了冻土水分迁移驱动力与迁移过程相关研究的发展历程、主要研究进展与现状；分析了孔隙水压力、土水势驱动冻土水分迁移的物理原理和基本规律，综述了孔隙水压力、土水势的理论表征与试验测试等方面的最新进展、认知现状与主要科学问题；分析了三种流行的冻土水分迁移理论，即毛细水迁移理论、薄膜水迁移理论和水汽迁移理论；总结了制约冻土水分迁移科学认知突破的关键瓶颈难题，展望了未来研究的重点和方向。认为未来的研究应加强仪器设备的改进、研发与新技术引入，重点关注冻土水分迁移驱动力的物理本质和精准监测，强化冻土水分迁移的微观过程及机制认识，需从非平衡态热力学的视角关注热质输运与冰-水相变过程，注重工程化冻土多物理场模型的开发与自主开源计算平台的构建。本文旨在系统梳理冻土水分迁移机理的研究历史与现状，总结概述冻土水分迁移研究在新思想、新理论、新方法和新技术等方面的最新研究动态，凝练指出亟待解决的前沿科学问题和未来研究的重点，促进冻土热质输运基础理论的发展与完善，更好地服务于寒区工程冻融灾害和环境问题的解决。

北极海冰范围退缩已对区域和全球气候变化、北极通航性乃至地缘政治格局产生了深远影响，开展北极海冰预测具有重要意义。本文使用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰密集度、海冰冰龄遥感资料以及ERA5再分析资料，结合前人研究和海气耦合模式结果选择预测参量方案，开展了月尺度的海冰冰情预测。比较了支持向量机（SVR）、深度森林（DF）、LightGBM （LGB）、XGBoost （XGB）和CatBoost （CAT）等5种机器学习算法和以树模型LGB、XGB和CAT作为基模型，以贝叶斯回归、岭回归、套索回归和深度森林作为元模型的4种堆叠式集成学习模型，以及深度神经网络（DNN）、卷积神经网络（CNN）、时空卷积网络（ConvLSTM）3种深度学习模型在2000年测试集上对海冰范围和密集度空间分布的预测效果。结果表明：在海冰密集度预测中，ConvLSTM表现最优，套索堆叠集成学习模型预测效果次之。集成学习模型相较于三种单一树模型在预测效果上有约1%~4%的提升。在海冰范围预测中，堆叠式集成学习模型的预测效果最好。本研究为开展机器学习海冰预测奠定了重要基础。

溶解性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）在全球碳循环过程中起着重要的作用。目前关于泛北极多年冻土区DOC的研究较多，青藏高原多年冻土区DOC的研究较少。为探讨青藏高原DOC的时空动态、来源，以及对气候变化和多年冻土退化的响应及其影响因素，以位于青藏高原长江源区内8个流域（直门达、沱沱河、雁石坪、风火山1~5）为研究区，通过对河流DOC观测、采样和分析，DOC输出通量计算，结合河流中{\delta }^{\mathrm{13}}C-DOC同位素的特征、流域水文特征、植被覆盖率、冻土覆盖率等观测数据，分析河流DOC输出的季节性变化规律和来源。结果表明：长江源多年冻土区河流DOC浓度全年较低，平均浓度在1.91~3.69 mg·L^-1之间，年内不同季节间变化率较小，上游DOC浓度大于下游DOC浓度。河流DOC的输出主要集中在夏、秋两季完全融化期，随径流量的增加而显著增加，而冬、春两季输出较少，DOC通量与径流量之间的相关系数达到0.92，与径流量的变化趋势一致。直门达水文站和风火山流域DOC年输出量分别为42 539.67 t和137.33 t，完全融化期输出占比分别为68.06%和79.85%，径流量和活动层冻融循环过程是导致DOC季节性输出差异的原因。季节尺度上长江源区{\delta }^{\mathrm{13}}C-DOC同位素变化趋势不显著，在-37.57‰~-21.06‰之间，完全融化期由于地下径流带来了更多{\delta }^{\mathrm{13}}C相对贫化的深层土壤有机碳，导致完全融化期{\delta }^{\mathrm{13}}C-DOC值相对较低。年内各季节下游地区{\delta }^{\mathrm{13}}C-DOC均较上游地区更富集。DOC来源{\delta }^{\mathrm{13}}C值在-37.69‰~-30.41‰之间， 表明DOC的主要来源为土壤有机质和C3植物。本研究有助于认识青藏高原冻土区河流碳迁移转化过程和机制。

青藏高原及毗邻山地存在对应于MIS 3的冰川作用事件，且规模比末次冰盛期（LGM）大。目前，对于MIS 3不同亚阶段冰进的驱动因素存在争议。基于已有的¹⁰Be暴露年代数据，位于青藏高原西南部的纳木那尼峰在MIS 3b和MIS 3c存在冰川作用事件，是研究这一问题的理想区域。根据重建的年代框架，综合应用两种冰川物质平衡线高度（ELA）的估算方法计算了纳木那尼峰MIS 3b和MIS 3c古冰川的ELA，这两次冰进的ELA分别比现代低250~253 m和348~456 m。基于ELA的变化量，结合两种基于ELA变化的气候重建模型定量反演了MIS 3b和MIS 3c的古气候。结果表明，当MIS 3b和MIS 3c的降水分别为现代降水的50%~100%和140%~200%时，MIS 3b气温比现代低1.38~4.91 ℃，MIS 3c气温比现代高-1.31~1.68 ℃。结合其他气候代用指标，与现代相比，MIS 3b气温的降低是冰进的驱动因素，MIS 3c的驱动因素是丰沛的降水。

基于现场详勘，以三亚某河口通道工程推荐采用管幕冻结法施工为背景，考虑到不同塑性状态黏性土分布深度的不确定性，采用径向劈裂试验和单/三轴压缩测试，系统地研究了冻结原状流塑状、硬塑状黏土及可塑状粉质黏土的抗拉与抗压特性。结果表明，无论是拉伸还是压缩应力-应变行为，三种冻结土体的弱应变硬化和弱应变软化行为都可采用偏差应力与轴向应变的双曲线型修正表达式描述，而强应变软化行为可用二次抛物线模型描述。同一负温下，流塑状黏土的抗拉能力最弱，抗变形能力最强；可塑状粉质黏土次之；硬塑状黏土的抗拉能力最强，抗变形能力最弱。三种冻结原状土体的初始切线模量分布范围基本满足可塑状粉质黏土>流塑状黏土>硬塑状黏土，它们的抗剪强度特性都可用线性摩尔-库伦准则描述。三种冻结土体的黏聚力和内摩擦角基本随温度的降低而增大；同一温度下，流塑状黏土的黏聚力最小，可塑状粉质黏土与硬塑状黏土的黏聚力大小接近，而内摩擦角则表现为：硬塑状黏土>流塑状黏土>可塑状粉质黏土。

在气候变化背景下，全球积雪厚度、积雪密度和雪水当量发生着一系列变化，并进一步影响陆地生态系统的水热状况、生物地球化学循环过程以及生态系统的结构与功能。本文综述了北半球积雪变化（雪深、积雪覆盖日数）的现状，积雪生态研究方法及其优缺点，积雪与生态系统相互作用，以及积雪变化对主要陆地生态系统类型（草地、灌丛和森林）地下过程（养分周转、土壤动物和微生物、根系生长）的影响及其机制。研究发现：（1）雪深在40~70 cm时对土壤的保温作用最显著；（2）积雪增加通过加速土壤碳氮循环过程引起碳氮损失，尤其显著发生在相对湿润的生境中，相对干旱的生境中变化不显著；（3）在草地生态系统中，土壤有效磷含量对积雪增加的响应程度受生态系统自身干湿条件调控，即湿润的生境有效磷增加，干旱的生境有效磷降低；（4）积雪增加促进了草地生态系统植物表层根系的生长，积雪减少对植物根系生长的影响程度取决于消极影响（根系损伤和死亡）和积极影响（土壤养分有效性增加）之间的动态平衡；（5）相对于草地生态系统和森林生态系统植物根系生长而言，灌丛生态系统植物根系生长对积雪变化的响应更稳定。本文还提出了现有研究中存在的不足和未来发展趋势。

高寒草甸作为主要的高寒生态系统之一，其非生长季的碳水平衡地位对整个生态系统具有重要意义。但该季节碳水通量的环境驱动因素知之甚少。因此，本研究基于涡动观测与气象梯度塔，探讨祁连山高寒草甸非生长季（2022年11月—2023年4月）的碳水通量及其影响因素。研究结果表明，祁连山高寒草甸生态系统，整个非生长季净生态系统碳交换量（net ecosystem carbon exchange，NEE）、总初级生产力（gross primary productivity，GPP）和生态系统呼吸（ecosystem respiration，Reco）分别为-18.0574 mg CO₂⋅m^-2、27.3565 mg CO₂⋅m^-2和9.2991 mg CO₂⋅m^-2。总蒸散发（ET）为74.8762 mm，比总降水量低15.0762 mm，该生态系统水循环较为平衡。在非生长季归一化植被指数、光合有效辐射和土壤温度是影响净生态系统碳交换量的主要因素。而相对湿度、降水和净辐射是影响非生长季蒸散发的主要因素。本研究结果揭示了祁连山高寒草甸非生长季的二氧化碳通量和水通量特征及其影响因素，为了解该地区碳收支过程和水平衡及其对气候变化的响应提供了重要参考。

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面，其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m，并将原模式的4层土层增加到19层土层，同时引入前人的有机质方案和植被根系方案，然后在此基础上，通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力，进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0~20 m的土壤温度与土壤液态含水量，模拟结果用站点0~3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明，由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面（0 ℃等温线）有明显阶梯状特征，最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力，使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻融锋面的变化趋势和最大深度。同时，改进后的模式整体改善了对土壤温度的模拟效果，使得0~3.2 m各土层土壤温度的平均RMSE降至0.89 ℃，减小44%；平均MBE降至-0.13 ℃，减小86%；模拟的3~20 m年均地温与实测数据更为接近。改进后的模式对土壤液态含水量的模拟水平也有一定改善，其中，模拟的0~3.2 m各土层的土壤液态含水量的平均RMSE降至0.06 m³·m^-3，减小33%；平均MBE降至-0.01 m³·m^-3，减小67%。模式还较好描述了活动层20 cm、40 cm、80 cm、120 cm土壤的融化时间。可以看出，在陆面过程模式中耦合能够较好模拟冻融锋面移动过程的Stefan方法可较大程度提高模式的模拟能力，是陆面过程模式改进的有效途径之一，本研究的结果可为多年冻土区陆面过程模式改进提供参考。

高寒草甸退化会引起土壤水分含量下降，这会强烈影响土壤动物多样性及其功能。然而，我们对高寒草甸土壤动物群落组成的认识十分有限，还不清楚高寒草甸退化过程中土壤水分变化对土壤动物分布及多样性的影响。本文以祁连山西段的疏勒河源区为研究区，于2021年6月和10月系统调查了沼泽化草甸、草甸、草原化草甸和沙化草甸4种草甸生境中型土壤动物群落组成及土壤水分含量变化，解析高寒草甸中型土壤动物多样性对高寒草甸退化的响应规律，确定高寒草甸退化过程中土壤水分变化对中型土壤动物群落特征的影响。结果表明：沼泽化草甸、草甸、草原化草甸和沙化草甸的中型土壤动物群落组成明显不同，6月和10月草原化草甸生境中型土壤动物密度、类群丰富度和多样性指数均显著高于其他高寒草甸生境，10月沼泽化草甸中型土壤动物密度和类群丰富度显著高于草甸和沙化草甸。中型土壤动物QBS-ar指数变化与中型土壤动物多样性指数变化一致，螨类和跳虫密度比值（A/C）变化与中型土壤动物QBS-ar指数相反。螨类对高寒草甸退化的响应模式不同并存在明显的季节变异，6月和10月革螨亚目的密度在草原草甸均显著高于其他生境；6月和10月甲螨亚目的密度在草原草甸均显著高于草甸和沙化草甸；6月辐螨亚目的密度在草原化草甸的密度显著高于沼泽化草甸，10月它在草原化草甸的密度显著高于草甸和沙化草甸。跳虫对高寒草甸退化的响应模式相近，6月和10月跳虫中的长角跳科和等节跳科在草原化草甸的密度均显著高于其他高寒草甸生境。土壤水分与中型土壤动物密度、类群丰富度、多样性指数和QBS-ar指数均呈显著的二次曲线关系，它们均随着土壤水分含量的增加先增后降。总之，高寒草甸退化过程中草原化草甸中型土壤动物密度、多样性和QBS-ar指数均较高，表明高寒草甸退化过程中土壤水分含量的适度降低可以提升中型土壤动物多样性及其功能。

冻结岩石热融过程中强度会出现软化，是最易发生破坏的阶段。研究冻结岩石的热融软化规律对冻结地层解冻过程中的稳定性和安全性评价至关重要。本文开展了不同融化温度下冻结岩石的单轴压缩试验，在还原岩石孔隙结构及对细观参数进行精确标定的基础上，利用颗粒流软件（PFC^2D）模拟了冻结岩石的压缩破坏过程。基于微裂纹起裂规律和微裂纹扩展规律分析，探讨了孔隙冰对冻结砂岩热融软化规律的控制作用。研究结果表明：（1）冻结岩石的强度、弹性模量等参数均随着温度的升高呈两阶段变化趋势，在-4 ℃至-2 ℃之间存在某一温度，使得试样的强度及变形参数发生骤降。（2）当温度低于-15 ℃时，微裂纹的起裂扩展主要由矿物颗粒之间的接触强度控制；当温度在-2 ℃和-15 ℃之间时，主要由冰颗粒之间和冰-矿物之间的接触强度控制；而当温度大于-2 ℃时，则主要由冰颗粒之间的接触强度控制。（3）通过分析孔隙冰在冻结岩石受荷破坏过程中所起的“支撑作用”和“黏结作用”，发现在-6 ℃至-4 ℃之间，冰颗粒之间黏结强度和冰-矿物黏结强度均迅速衰减，导致冰的支撑和黏结作用弱化，是该温度区间力学性质快速弱化的本质原因。

湖泊是气候变化的敏感指示器，研究其动态变化对揭示全球气候变化及水资源利用与管理具有重要意义。本文以长江源区多尔索洞错-米提江占木错为研究对象，应用Landsat-5/7/8卫星和高分遥感影像，分析了1989—2021年湖泊面积变化的时空特征，并探讨了冰湖-冰川对气候变化的响应。结果表明，1989—2021年间，多尔索洞错-米提江占木错湖泊平均面积为1 011.37 km²，由1989年的872.07 km²扩张至2021年的1 119.5 km²，平均扩张率为8.62 km²⋅a^-1。从年代际变化来看，21世纪初期湖泊面积扩张最明显，尤其是在湖泊北部、西北部及南部地区；20世纪90年代增长最为缓慢。1990—2020年各拉丹冬冰川面积从1990年的797.85 km²缩小至2020年的766.19 km²，减少了31.66 km²，缩减率为1.106 km²⋅a^-1。2004年之前，气温升高引起的冰川融水是多尔索洞错-米提江占木错湖泊面积变化的主要因素，对湖泊面积变化的平均贡献率为66.8%；2004年之后，降水在多尔索洞错-米提江占木错湖泊面积变化因素中起主导作用，降水对湖泊面积变化的平均贡献率为57.8%。

高海拔多年冻土区坡向差异可引起两坡面的温度场不对称，进而造成基础设施的不均匀沉陷和纵向裂缝。目前坡向效应的研究主要围绕青藏铁路东-西两个坡面而开展的监测与模拟研究，但高原线性工程走向可能涉及不同的方向，其他走向坡面的水热差异状态研究不足。本研究在青藏高原花石峡冻土观测基地建设了一个具有八个坡向的监测实体（称：八棱台），在八个坡面和顶面近地表安装土壤温度、含水量传感器，监测研究坡向差异对坡面近地表水热状态的影响。结果表明：东-西相对坡面近地表温度差异最小，月平均温差为0.1~2.3 ℃，最大温差出现在5月；而南-北相对坡面近地表温度差异最大，月平均温差为1.3~7.7 ℃，最大温差出现在2月。其余两个相对坡面近地表温差介于东-西相对坡面和南-北相对坡面之间，其中东北-西南相对坡面温差小于西北-东南相对坡面。仅从近地表坡面温度差异来看，高海拔多年冻土区线性工程南-北走向热稳定性较好，其次是西北-东南向，坡向效应不显著而温度场对称性较好。同样八个坡面近地表土壤体积含水量总体差异为东北-西南相对坡面差异最小，融化期月平均体积含水量差最大为0.06 m³·m^-3；东-西相对坡面差最大，同期月平均体积含水量差最大为0.11 m³·m^-3。含水量差异也引起了不同坡面冻融循环次数的显著差异，对坡面块碎石护坡材料冻融损伤破坏有重要影响。研究结果对指导未来高原线性工程规划及现役工程阴阳坡差异病害治理具有重要指导意义。

冻融循环作用显著影响土石混合体的水-热-变形相互作用过程及力学特性。基于此，本文开展了单向冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用及无侧限抗压强度试验。通过单向冻融循环装置对30%砾石含量的土石混合体进行了4次单向冻融循环试验，每次循环根据设定的温度变化曲线持续168小时，模拟实际自然环境中冻结和融化的周期。同时，利用微机控制电液伺服万能试验机开展了未冻融和冻融循环后试样的力学特性测试，并探讨了冻融循环对土石混合体微观结构劣化机理的影响。研究结果表明：单向冻融循环对试样内温度、水分和变形有显著影响。冻融循环过程中土石混合体的融化速率大于冻结速率，试样在冻融循环过程中存在着体积未冻水的迁移和重分布。第一次冻融循环对土石混合体变形影响最为显著，试样的净变形随着冻融循环次数的增加先增大后趋于稳定。此外，反复的单向冻融循环改变了试样的孔隙结构。冻融循环后试样的抗压强度和变形模量分别减小了45.31%和60.92%，其衰减幅值随着冻融循环次数的增加而降低。

气候变暖导致多年冻土退化，加快热融湖塘的形成和扩张，进而增加多年冻土区的碳释放。热融湖塘沉积物理化特征与甲烷产量有着重要关系，而这一关系的明确有助于揭示青藏高原热融湖塘甲烷释放对气候变化的响应。本研究选择青藏高原中东部8个热融湖塘为研究对象，通过室内培养实验探究不同温度（5 ℃、10 ℃和15 ℃）下两种主要植被类型区热融湖塘甲烷产量及其与沉积物理化性质的关系。结果表明：培养周期内（50天），甲烷产量最大值出现在10 ℃培养条件下高寒沼泽草甸区的MD-3样品，产量高达167.63 μg·g^-1沉积物；最小值出现在15 ℃培养下高寒沼泽草甸区的AD-2样品，产量为0.01 μg·g^-1沉积物。从理化性质与甲烷产量的关系来看，热融湖塘深度和氨氮含量都与甲烷产量显著正相关（P<0.05），而pH值（7.08~8.40）与甲烷产量显著负相关（P<0.05），如玛多地区氨氮高、pH低，其热融湖塘沉积物的甲烷产量远大于安多地区。另外，温度敏感性指数Q₁₀值的分析结果表明，温度升高对61.11%的甲烷产量有促进作用，对18.06%的甲烷产量有抑制影响，说明温度是影响热融湖塘沉积物甲烷产量的重要因素。本研究分析了不同培养温度下两种主要植被类型区热融湖塘沉积物的甲烷产量差异及其影响因素，为认识热融湖塘温室气体的排放潜力及模拟提供了科学数据。

随着天然气等清洁能源需求的快速增长，液化天然气（LNG）安全存储已成为所面临的一个重要挑战。混凝土由于其良好的力学特性，是目前LNG存储结构的一种重要工程材料。近年来，LNG产业快速发展也推动了混凝土超低温性能的相关研究。在超低温环境下混凝土的性能与常温环境下存在很大差异。现有研究表明，超低温环境下混凝土的抗压、抗拉强度与弹性模量显著增强，学者们根据试验结果给出了不同的性能预测公式，并结合孔隙水-冰相变过程解释了其性能增强的机理。超低温冻融循环试验结果表明，混凝土超低温抗冻融耐久性较差，仅几个冻融循环后力学性能就显著降低。现有的常规冻融试验手段不满足超低温冻融条件，尚缺乏专门针对超低温冻融条件下混凝土性能测试与评价的规范标准。此外，目前相关成果由于试验仪器与测试过程的差异而难以相互参考。因此，亟需系统总结现有超低温冻融条件下混凝土性能试验结果，完善特殊条件下混凝土试验相关规范，并通过大量试验数据的深入分析，助力超低温混凝土研究水平的发展。为此，本文全面总结分析了目前国内外在混凝土超低温试验平台、超低温力学性能、超低温冻融破坏机理与抗冻融耐久性提升方面的研究进展，并结合对现状的认识和思考，提出了未来超低温混凝土的研究方向，旨在为超低温混凝土试验研究提供参考。

季节冻土在高寒山区广泛分布，其冻融过程会对水文水资源和生态环境产生深刻影响。研究气候变化背景下高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及影响机理，可为高寒山区水资源管理和生态保护提供科学依据。本文选择天山南坡作为研究区，基于13个气象站点1958年以来季节冻土冻融参数（最大冻深、冻结期、始冻日、解冻日）、气温、地表温度、降雨和积雪等数据，使用空间分析和多元线性回归统计等方法对冻融参数的时空变化特征进行分析，量化不同气候因素对季节冻土冻融变化的影响权重。结果表明，季节冻土最大冻深在（48.5±11.4）~（96.8±8.5） cm之间，冻结天数在（102±10）~（141±14） d之间，多年平均始冻日在11月7日至19日之间，多年平均解冻日在3月1日至28日之间。1950年代至2010年代期间，始冻日逐渐推迟，解冻日逐渐提前，冻结天数缩短。空间分布上，最大冻深有“海拔高，最大冻深大”的规律；空间变化趋势上，最大冻深在研究区中部显著增加；冻结天数在研究区内大范围显著缩短。季节冻土冻融变化与气温相关性最强，温度（气温和地表温度）是季节冻土冻融变化的主导因子。定量评价发现，气温影响占比（24.1±3.6）%，地表温度影响占比（12.1±3.1）%，降雨影响占比（9.6±1.7）%，积雪影响占比（5.1±1.5）%。

全球变化导致气温上升加速冰川退缩，冰川前缘进化出大量抗辐射-抗氧化微生物资源。细菌作为影响冰川前缘演替过程的重要类群之一，对其冰舌区新融化的冰碛物生境中抗辐射-抗氧化细菌的研究却较为少见。基于16S rRNA基因序列系统发育学的研究，不仅对老虎沟12号冰川前缘冰舌区冰碛物生境可培养细菌多样性进行研究，同时对菌株的抗辐射和抗氧化能力进行筛选和评估。研究表明，研究区域分离出的259株细菌分别归属于放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和异常球菌-栖热菌门（Deinococcus-Thermus），其中放线菌门的菌株数量最多，其次是变形菌门>拟杆菌门>厚壁菌门>异常球菌-栖热菌门；在物种多样性方面，放线菌门和变形菌门是物种丰富度最高的门。TN、TOC、WC和pH是影响可培养细菌群落结构的主要因素。UVC辐照强度的D₁₀（致死率为10%）剂量高于100 J·m^-2的菌株占可培养细菌总数的94.9%，过氧化氢耐受浓度的D₁₀剂量高于10 mmol·L^-1的菌株占100%；其中有20株抗辐射菌株氧化胁迫后的存活率在90%以上。此外，氧化胁迫后存活率高于Deinococcus-radiodurans R1的菌株均是100 J·m^-2 UVC辐照后抗辐射存活率高于50%的抗辐射菌株。该研究不仅可以为冰川前缘环境中细菌的多样性和生态适应性提供理论基础，也可以为后续辐照、氧化损伤保护机制的研究提供丰富的抗辐射-抗氧化冰川细菌资源。

多年冻土区土壤碳、氮的可变性及对深层土壤特性了解的缺乏限制了人们对气候变化响应的理解。为明确东北大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳、有效氮（铵态氮、硝态氮）含量分布特征，于2020年秋季（9月末）采集呼玛河流域三种类型多年冻土区（不连续多年冻土区、零星多年冻土区和岛状多年冻土区）16个1 m深的土壤剖面，基于结构方程模型探讨海拔、气候、冻土区类型和植被类型等环境变量对森林土壤有机碳和有效氮含量的影响。结果表明：土壤有机碳和硝态氮含量在不连续多年冻土区高于零星多年冻土区和岛状多年冻土区，土壤铵态氮含量在零星多年冻土区高于岛状多年冻土区和不连续多年冻土区；在垂直剖面上，随着土壤深度的增加，土壤有机碳和有效氮含量呈降低趋势，且土壤有机碳与有效氮之间呈显著的负相关关系（P<0.05）。结构方程模型表明，植被类型和年平均温度是土壤有机碳含量变化的主要控制因素，年均降水量对土壤有机碳含量变化的影响最弱；冻土区类型和植被类型是土壤铵态氮和硝态氮含量变化的主要控制因素。研究结果能够为未来准确模拟和估算呼玛河流域多年冻土区森林土壤碳氮储量提供一定的数据支撑。

以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则，综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响，建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型，联合各区域边界条件，计算获得冻结围岩均质与非均质状态下，弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式方程，分别对其应力位移场讨论分析。研究表明：考虑冻结围岩的非均质特性，塑性区环向应力峰值增大40%，塑性区范围相对减少40.4%，内壁位移减少9.3%，弹性极限承载力提高41%，塑性极限承载力提高14%，影响显著。中间主应力效应能充分发挥非均质冻结围岩承载潜能，计算得到的承载力明显增大，塑性半径明显减小。所得结果可为寒区隧道开挖支护设计以及数值模拟，提供理论指导。

冰湖溃决洪水具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流发生等特点。目前针对冰湖溃决洪水动力演化特征的定量研究相对匮乏。为此，对次仁玛错冰湖溃决洪水灾害演化特征进行研究，以实地调查及多期遥感影像为基础，并采用泥沙输移模型和水动力模型耦合方法揭示冰湖溃决洪水侵蚀演化特征。模型基于精度为12.5 m的数字高程（DEM）地形数据，模拟反演1981年次仁玛错冰湖溃决洪水动力演化过程，与实测结果进行对比，验证模型的适用性和可行性，并对冰湖再次溃决进行预测分析，定量评价冰湖溃决洪水在演进过程中流深、流速、侵蚀和沉积特征。溃决洪水在演进过程中对章藏布支沟冰碛物及下游沟岸松散坡积物进行冲刷侵蚀，高含沙洪水逐渐演化为稀性泥石流，在707滑坡处流深8~10 m，最大流速13.7 m·s^-1，侵蚀深度8~9 m。稀性泥石流在主沟沉积形成堰塞坝，坝高9~11 m，短暂堵塞波曲河。稀性泥石流对樟木口岸下游滑坡群坡脚进行冲刷侧蚀，侵蚀深度约10~13 m，易引发大规模次生灾害，稀性泥石流到达水电站处，淤埋水电站进水口，导致水电站失效。整体来看，溃决洪水在演进过程中，洪水对上游沟床及沟岸进行强烈的侵蚀夹带，洪峰流量增强，在中游，稀性泥石流对沟岸进行侧蚀，在沟道狭窄处流速增大，下切侵蚀增强，在沟道宽阔处，流速降低，固体物质沉积，整体达到冲淤平衡，洪峰流量随距离逐渐衰减，至下游，沟道地形开阔，流速放缓，稀性泥石流逐渐沉积，同时对沟道两岸进行侧蚀，整体为沉积。模型可以良好地揭示冰湖溃决洪水灾害侵蚀演化动力特征。