冻土作为冰冻圈重要的组成部分，其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等，局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土，其发育、保存和分布等状态特征与局地因素密不可分。本文结合40多个钻孔资料和现有研究成果，分析得出目前大兴安岭多年冻土温度和厚度总体上受纬度影响，由南往北随年平均气温降低，冻土温度由0℃降到-2.83℃，但局地因素的影响可使地温最低达-3.6℃；厚度范围为29～130 m，其中地温低、厚度大的多年冻土主要发育在谷底的塔头灌丛湿地区域。满归、根河、伊图里河、新林等地的监测数据表明，自2009年开始，大部分钻孔温度显示该区活动层减薄，浅层多年冻土地温降低，融区最大冻结深度加深，而深层多年冻土却呈升温趋势，零地温变化率位置则各不相同，推测这种情况与全球变暖间隙以及植被、积雪和人类活动等局地因素有关。本研究对理解高纬度多年冻土区的地温变化过程以及这些变化的驱动因素具有重要的科学价值，也会对区域经济可持续发展及应对冻土退化带来的问题起到积极作用。

为探究青藏公路沿线多年冻土活动层地温变化规律与影响因素，本文选取青藏公路沿线2个代表性地区(西大滩、五道梁)2013—2022年多年冻土活动层地温及气象数据，对多年冻土活动层地温的时空变化规律和4个主要影响因素(气温、比湿度、降水量、表层40 cm土壤含水量)展开研究。结果显示：青藏公路沿线多年冻土活动层地温在空间特征上表现为活动层地温波动幅度随着土壤深度的加深逐渐趋于平稳；在时间特征上表现为随着土壤深度的加深，气温对活动层地温产生的滞后天数逐渐增加。4个主要影响因素对多年冻土活动层地温影响的顺序为气温>比湿度>降水量>表层40 cm土壤含水量，其中气温与比湿度对浅层活动层地温的贡献率最大，表层40 cm土壤含水量贡献率最小。该结果可为青藏公路的病害分析和防治对策研究提供科学依据。

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，...

揭全球气候变化导致丹麦格陵兰岛形成了旱地和间歇淹水的土壤景观,采用稳定性同位素核酸探针技术和高通量测序16S r RNA及pmoA基因的分析方法,开展了格陵兰岛旱地和间歇淹水土壤微宇宙培养试验,探究不同水分条件下冻土的甲烷氧化潜力及活性好氧甲烷氧化菌群落演替规律。结果表明:与旱地土壤相比,淹水土壤氧化高浓度甲烷的速率呈现降低趋势,分别为12.38和12.17μg/（g·d）,但后者对甲烷碳同化利用效率显著高于前者,土壤13C-有机碳原子百分比从自然丰度1.08%,分别增加至1.64%和1.99%。超高速密度梯度离心分析13C-DNA发现甲烷氧化菌群落发生演替,旱地土壤中Crenothrix甲烷氧化菌16S rRNA基因丰度仅为0.04%,而在间歇淹水土壤中为23.78%,增幅高达557倍;类型Ⅱ甲烷氧化菌Methylosinus则从33.76%增至44.38%。然而,类型Ⅰ甲烷氧化菌Methylocaldum的丰度明显降低,从旱地土壤10.15%显著降低为间歇淹水0.14%;进一步通过pmo A基因高通量测序分析,也得到了类似的结果,特别是类...

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质(砂土、亚砂土、粉质黏土)地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明:随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤粒径越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR（DSs-SBAS）的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014—2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明:（1）研究区大部分多年冻土处于稳定状态(-1.0～+1.0cm·a-1),在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;（2）区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0cm和-3.0cm·a-1;（3）不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存...

在分析青藏铁路沿线多年冻土区土层波速基本特征的基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,使用该地区50年不同超越概率的人造基岩地震波作为输入地震荷载,对青藏高原多年冻土区地震动特征进行分析。冻土区地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,获得了不同活动层厚度条件下冻土场地的放大效应及冻土区反应谱特征周期变化情况。在此基础上,选取多年冻土区典型填土路基结构,运用非线性动力有限元方法,进行地震荷载作用下的动力响应分析,量化非线性有限元计算和一维地震动力计算结果的差异,以及不同剖面位置加速度峰值分布特征。研究结果表明:地表峰值加速度放大倍数随着活动层厚度的增加而增加,而且活动层处于融化状态下的加速度放大倍数要大于冻结状态。活动层处于融化状态下,场地特征周期较冻结状态下稍大。并且场地特征周期随活动层厚度的增加而出现增长趋势。冻结状态下场地特征周期为0.32s,而融化状态下场地特征周期最大可以达到0.38s。研究还发现,由于路基本体的构筑,使得地震荷载作用下能量在路基下伏土体内出现集中,路基下方土体在同样的地震荷载作用下更容易进入塑性破坏状态。

在分析青藏工程走廊冻土波速基本特征基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,考虑不同超越概率的人造地震荷载作用,对青藏高原多年冻土场地地震动特征进行分析。冻土场地地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,分别对不同冻土场地条件地震动特征进行分析,明确了活动层厚度、融冻状态及冻土层厚度等因素对冻土场地的加速度放大效应、地基土应变及反应谱特征周期变化特征。研究结果表明,尽管地表峰值加速度放大系数随活动层厚度增加而增加,然而活动层土体厚度及状态的变化不足以改变场地的固有特性,对场地特征周期影响不明显。场地的固有特性随着冻土层厚度的变化而发生变化,冻土层厚度对地震动放大效应的抑制作用随着输入地震荷载的增大越为明显。冻土层厚度对场地特征周期值影响较大,场地特征周期随着冻土层厚度增加呈对数增大趋势。

多年冻土区活动层冻融格局对气候系统、能量平衡、水文过程和生态系统有重要的影响,地表冻融时间是反映冻融格局时空变化的重要指标。为了探明多年冻土区活动层起始冻融时间的影响因素和机制,通过对青藏公路沿线8个典型活动层观测场地表起始融化时间(OOT)和起始冻结时间(OOF)进行研究,分析了不同观测场起始冻融时间的时空差异及其影响因素。结果表明:(1)青藏高原多年冻土区活动层起始融化主要发生在4月中下旬,起始冻结主要发生在10月中下旬。OOT的年际变化幅度远大于OOF,每年起始冻结的发生较起始融化更为准时。(2)起始融化发生时的气温普遍比起始冻结发生时高1～4℃。气温对OOT的影响要比对OOF大,其中OOT的变化主要与春季气温有关,冬季气温对其影响不大。(3)植被和土壤水分对OOT和OOF有重要调节作用,土壤含水率越高,植被状况越好,起始融化和冻结的发生时间往往越迟。(4)在起始融化和冻结阶段,厚度较大和持续时间较长的积雪对地温变化有明显的抑制作用,对OOT和OOF有延迟作用。

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0～20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m-2和4.8 W·m-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m-2,活动层厚度增大约...