利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）多个模式的模拟结果,对比再分析资料和青藏高原（下称高原）冻土图,评估了模式对当前（1986-2005年）高原冻土的模拟能力。在此基础上应用多模式集合平均结果,预估了未来不同典型浓度路径（RCPs）情景下高原地表层多年冻土的可能变化。结果表明:CMIP5耦合模式对高原冻土有一定的模拟能力,采用SFI地面冻结指数模型计算的当前地表层多年冻土分布与高原冻土图有较好的吻合,1986-2005年高原地表层平均多年冻土面积为127.5×10～4km2;多模式集合预估结果显示,高原地表层多年冻土呈现区域性退化趋势,高原东部、南部及北部边缘地区冻土带退化较为明显,有从外围向西北部多年冻土区逐步退化的趋势,RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下未来50年地表层多年冻土面积分别减少约23.9×10～4km2（20.8%）、33.5×10～4km2（27.7%）、25.6×10～4km2（21.1%）和43.5×10～4km2（35.3%...
由于受温室气体效应的影响,全球气温在过去的120年以来持续升高,在全球气温普遍持续升温的背景下,青藏高原的气候亦随之转暖,而多年冻土是土体与大气之间相互作用的产物,是岩石圈和大气圈系统在发生热交换过程中形成的,所以气候变化必然会直接影响多年冻土的变化。基于青藏公路7个监测断面路基温度场的监测资料,对多年冻土上限及热状态随气候的变化情况进行了分析,并将高温冻土区与低温冻土区的变化情况进行了对比分析,得出了气候变化对多年冻土变化的影响规律。
青藏铁路穿越了大片连续多年冻土地区,建设中采取了冷却路基的设计思路,采用了大量特殊的工程技术措施.为了解工程和气候作用下冻土变化过程以及路基稳定性与冻土变化关系,在青藏铁路沿线布设了44个路基监测断面进行地温监测和路基表面的变形监测,同时开发了青藏铁路长期监测系统软件,负责数据的存储、分析工作,其中地温监测数据通过青藏铁路专用网络GSM-R实现了远程传输.该系统的建立为进一步开展冻土相关研究工作提供了基础数据,也为路基稳定性预警提供了科学依据.
高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.
多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃.(10a)-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm.(10a)-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃.(10a)-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm.(10a)-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.
政府间气候变化委员会(IPCC)估计, 21世纪全球平均气温将增加1.4～5.8℃. 据预测未来50 a青藏高原气温可能上升2.2～2.6℃. 在建立冻土数值预测模型的基础上, 计算了在两种气温年升温率情景下青藏高原多年冻土自然平均状态50和100 a后可能发生的变化. 预测结果表明, 气候年增温0.02℃情形下, 50 a后多年冻土面积比现在缩小约8.8%, 年平均地温Tcp > -0.11℃的高温冻土地带将退化, 100 a后, 冻土面积减少13.4%, Tcp > -0.5℃的区域可能发生退化; 如果升温率为0.052 ℃/a, 青藏高原在未来50 a后退化13.5%, 100 a后退化达46%, Tcp > -2℃的区域均可能退化成季节冻土甚至非冻土. 预测结果对青藏高原寒区工程规划和建设的辅助决策具有重要意义.