在全球变暖的背景下，北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流输入增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖，封存于冻土中的有机碳（Organic Carbon,OC）正在向海加速迁移和释放，这将影响北冰洋的碳循环的格局，但目前鲜有证据能直接证实这一推论。本文通过分析楚科奇海两根百年尺度沉积岩芯的木质素和碳同位素，讨论了其所埋藏的有机质的来源和剖面变化情况。结果显示楚科奇海柱状沉积物中的有机碳来源于陆生C3植物的草本组织和海洋源生产的混合贡献；沉积物中木质素的绝对含量Σ8呈现上升趋势，证明随着全球变暖，更多的陆源物质被输运到楚科奇海。本研究表明人类活动引起的全球变暖确实增加了冻土有机碳向海的迁移，陆源输入增强导致的木质素含量增加是百年尺度下全球变暖导致冻土融化增强的直接证据。

以大兴安岭北部根河、呼中和汗马冻土区落叶松和樟子松为样本,建立了五个树轮宽度年表,并计算获取了五个样点的树轮截面积指数(BAI)序列。树轮BAI-气候响应关系分析表明,气温为这一地区落叶松和樟子松生长的主要限制因子;但落叶松和樟子松对气候变化的响应存在差异。落叶松BAI与3月平均气温,樟子松BAI与前一年12月至当年4月平均气温均呈显著负相关。考虑到水热综合影响,落叶松BAI控制因子由1957-1990年与其呈显著正相关的1月份SPEI转变为1991-2013年与其呈显著正相关的1-4月SPEI和与其呈显著负相关的3月份平均气温;樟子松BAI控制因子则由1957-1990年与其呈显著负相关的2月和8月份平均气温转变为1991-2013年与其呈显著正相关的7月份降水量和6-7月SPEI。结果表明,在全球变暖背景下,水热环境改变使得冻土区树木生长限制因子发生变化。

永冻土广泛分布在极地高纬度地区和陆架海底区域,赋存其中的天然气水合物是21世纪最清洁的替代能源,所包含的天然气资源量是全球常规天然气资源量的几十倍,具有广阔的开发利用前景。但是科学家陆续发现,随着全球温度的上升,北极陆域和海域中的永冻土开始融化,造成大量的甲烷气体从永冻土中释放出来。大量甲烷排放到大气中不仅可能加剧全球气候变暖的趋势,而且海底永冻土中甲烷的释放可能导致天然气水合物资源量逐渐减少,从而加重全球能源危机。因此,陆域和海域永久冻土带甲烷的释放日益引起世界各国研究者以及各海洋国家的高度重视。

冰冻圈是全球气候变化的显著因子和指示器,也是对气候系统影响最直接和最敏感的圈层,在地球气候系统中占据举足轻重的地位。在全球变暖背景下,冰冻圈研究受到前所未有的重视,成为气候系统研究中最活跃的领域之一;冰冻圈变化正在引起的一系列社会经济影响是当前全球变化和可持续发展最为关注的热点之一。文中给出了气候变暖背景下近几十年来全球和中国冰冻圈的变化特征,以及未来可能的变化趋势;着重从气候效应角度,综述了青藏高原和欧亚积雪、北极和南极海冰、冻土与冰川变化对中国气候影响的研究成果;并讨论了中国冰冻圈科学研究的未来发展方向。

冻土是冰冻圈的重要组成部分,对于寒冷地区的气候变化具有重要意义。本文简单阐述了冻土的发展历史以及冻土变化的影响因子,着力探讨了全球变暖背景下冻土变化的研究进展,提出了目前我国冻土研究尚存在的问题。

多年冻土空间异质性和边界条件及土性参数的可变性,往往会导致了冻土变化预测的不确定性,全球气候变暖更加剧这一过程.以青藏高原沱沱河地区试验段冻土融化深度预测为例,提出了在全球气候变暖条件下,基于参数服从某一概率分布的确定性模型的概率分析方法,基于此方法进行了融化深度的概率预测.由含水量、干容重的概率分布和20组ATI(空气融化指数)可能值,经蒙特卡罗技术同Stefan公式应用模拟得到了未来100a内天然冻土融化深度,并得到失效概率曲线.结果表明:土体性质的不确定性和温度的可变性导致了冻土变化预测很大的不确定性,概率分析相比于传统确定性分析更加符合实际.在冻土区工程建设中设定冻土融深时,运用概率分析的方法预测融深相比于确定性分析更加安全.同时,气温持续升高对多年冻土区的基础可靠性有强烈影响,设计时应予以考虑.

以黑河源区高山草甸冻土带的基本气象参数、植被参数和土壤水热性质参数为输入条件,利用CoupModel模型计算了试验点两个完整年度日尺度上的各种基本水热状况,计算结果较符合实测值(7层地温和土壤液态含水量平均R2分别为0.95和0.83)。利用模型输出的土壤热通量和土壤水迁移分析了试验点季节性冻土区的水热传输过程:在土壤层开始冻结期,下层土壤液态水向冻结锋面集结,集结期向上的地热通量急剧增加;在冻结期,土壤热传导主要与上下层的土壤温度有关,土壤水迁移基本处于零通量状态;在融化期,在融化锋面未出现液态水分集结现象,融化层土壤水热传输过程迅速改变并与非冻结土壤一致,向下的地热通量急剧增加。