本研究旨在推进冻土观测自动化进程，提升监测精度，弥补传统人工观测方法操作繁琐、主观误差大且无法实现连续观测等不足。通过对比五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的观测数据，全面评估其数据质量，为气象业务化运行提供科学依据。利用2022—2024年全国24个省区1 172个气象观测站安装的DTD1、DTD2、DTD3、DTD4、DTD5五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的平行观测数据，从数据完整性（完整率≥98%）、准确性（标准偏差≤2 cm）、一致率（≥80%）、误判均值（≤6 cm）和冻融趋势（最大冻土深度数据相关性≥0.8）五个方面进行检验评估。截至2024年冬季，第一阶段运行设备349套，第二阶段运行设备364套，单轨业务化运行设备459套。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪在数据完整率、准确性、一致率、误判均值和冻融趋势等指标上表现优异，其单轨业务化运行通过率分别为88.73%和88.24%，远高于其他型号设备。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪数据质量高，能够满足气象业务化需求，建议在今后的业务运行中优先推广使用。

海冰表面积雪深度是利用卫星测高技术反演海冰厚度的关键参数。基于ICESat-2和CryoSat-2测高卫星的协同观测数据（简称IS2CS），对比与评估卫星测高雪深估算的两种时空匹配方法（轨迹搜索法和格网搜索法），并对2018-2024年北极海冰生长期（10月至次年4月）积雪深度的时空分布特征进行分析。结果表明：（1）IS2CS轨迹法雪深与OIB实测数据具有较高的沿轨相关性，能够较好地捕获沿轨积雪深度的变化特征；（2）格网法雪深更适合表征大尺度积雪深度的空间分布和季节性变化特征，本文格网法雪深和GSFC雪深精度相当，在SIMBA数据的评估中本文格网法雪深性能优于GSFC雪深；（3）相比IS2CS雪深，MW99/AMSR2雪深相对偏厚，且在海冰生长期内季节性变化表征能力较弱；（4）海冰积雪深度呈现明显的时空差异，多年冰表面雪深普遍厚于一年冰表面雪深，春季雪深厚于秋冬季雪深。2018-2024年间，北极海冰表面积雪深度总体呈现减薄趋势，且多年冰区域的雪深减薄速率高于一年冰区域。研究成果为改进卫星测高雪深产品和优化海冰厚度反演算法提供了科学依据。

高时空分辨率雪深数据对水文建模和灾害预报至关重要。目前，高时间分辨率雪深通常源于被动微波数据，由于仅依据被动微波数据的空间分辨率较低，还无法满足区域水文和灾害研究的需求。本研究基于被动微波和光学等多源遥感数据，提出一种耦合深度学习模型FT-Transformer (Feature Tokenizer+Transformer)与积雪微波辐射传输模型SMRT (Snow Microwave Radiative Transfer)的降尺度雪深反演算法。使用深度学习映射AMSR 2亮温差TBD (Brightness Temperature Difference)、积雪覆盖日数SCD (Snow Cover Days)和积雪面积比例SCF (Snow Cover Fraction)等特征与雪深的复杂非线性关系，耦合SMRT拟合等效雪粒径ESG (Effective Snow Grain size)实现降尺度反演雪深，并以北疆39个站点数据进行模型训练和验证，获取北疆500 m降尺度雪深。验证结果表明：引入SCD独立验证RMSE优化了18%，有助于提高模型的空间泛化能力；ESG显著优化了深度学习...

基于1961-2020年锡林郭勒盟15个国家气象观测站积雪日数和积雪深度数据，采用线性回归、Mann-kendall突变检验及小波分析等方法，对锡林郭勒地区的积雪初日、终日，积雪日数及积雪深度分布特征进行分析。结果表明：锡林郭勒盟积雪初、终日随经纬度变化不明显；积雪初日总体明显推迟，积雪终日总体明显提前；积雪日数呈东多西少分布，并以0.128天/年的速率减少；积雪日数1月份出现峰值；阿巴嘎旗、苏尼特左旗、镶黄旗积雪日数在20世纪60年代出现了突变现象；年均积雪深度由西到东增加，最大雪深出现在乌拉盖，最大积雪深度总体随时间明显增大；12个观测站最大积雪深度在20世纪60-80年代出现了突变；积雪日数存在准8～10年周期，最大积雪深度的主要周期区域间差异较大。

利用2018—2023年贵州高原北侧冬季降雪滴谱数据，采用统计方法对比分析雨滴谱和雪滴谱的粒子数目、粒子直径和下落速度的分布特征，研究降雪量、积雪深度与粒子相态、粒子数目、粒子尺度的变化趋势一致性，检验粒子体积反演降雪量、积雪深度算法的适用性。结果表明：（1）雪滴谱直径谱宽分布在5～15 mm之间，平均直径谱宽>8 mm,属于宽谱降水类型；雨滴谱直径谱宽分布在1～5 mm之间，平均直径谱宽小于3 mm,属于窄谱降水类型。（2）大多数雪粒子分布在速度谱宽<5 m·s-1以下的区域内，这是由雪粒子形状偏平、密度较小、尺度较大而导致。（3）降雪量反演结果与实测结果的一致性和相关性均优于积雪深度反演，这与环境温度作用下的降水相态转化、积雪融化速率有关。（4）把粒子数占比、粒子速度谱宽作为冬季降雪天气类型识别具有很好的指示作用，降雪粒子下落至地面的起止时间和粒子数目可以直观反映整个降雪天气过程的演变特征。

进入冬季，除了霜冻以外，雪灾给农业带来的影响也格外突出。在一定程度上，积雪融化时会从土壤中带走热量进而冻死害虫。但同时，强度较大的降雪也会演变为农业气象灾害，影响农作物生长。分析积雪深度与农业气象灾害的关系，在此基础上提出重度积雪灾害下的农业应对措施，比如加强农作物防寒保暖、强化农业设施安全防护以及畜禽养殖做好特殊应对等。

正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。

从工程应用角度出发，基于安全、合理、便捷的原则，探讨高海拔地区冻土深度的估算方法。通过对比现有多种方法，在一种基于气温的经验公式的基础上，提出了考虑海拔气温修正的冻土深度估算方法。算例表明计算结果精度较高，但也可能与土壤性质较为相似有关。为缺乏实测参考的高海拔地区冻土深度取值提供了一种简便的估算方法，当最大冻土深度对工程有重大影响时，建议可在估算结果的基础上适当增加。

北极气候研究多学科漂流观测计划（Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, MOSAiC）于2019年10月至2020年9月开展，期间获得了变量完整的大气、海洋、海冰厚度及积雪厚度观测，为海冰模式的发展提供了新的契机。本研究利用两个完整观测时段（2019年11月1日至2020年5月7日、2020年6月26日至7月27日）的大气和海洋强迫场，驱动一维海冰柱模式ICEPACK，模拟了MOSAiC期间海冰厚度的季节演变，同海冰厚度观测进行了对比，并诊断分析了海冰厚度模拟误差的原因。结果表明，在冬春季节，模式可以再现海冰厚度增长过程，但由于模式在春季高估了积雪向海冰的转化及对海冰物质平衡的贡献，模拟的春季海冰厚度偏厚。在夏季期间，2种热力学方案及3种融池方案的组合都表明模式高估了海冰表层的消融过程，导致模拟结束阶段的海冰厚度偏薄。我们的研究表明，使用变量完整的MOSAiC大气和海洋强迫场可以诊断目前海冰模式中的问题，为海冰模式的改进奠定基础。

为了研究东北高寒冻土地区灌溉渠道季节性的冻胀问题，通过模拟渠道冻胀试验，分析冻结过程中水和热的迁移规律以及混凝土渠道衬砌中的不均匀冻胀特征。结果表明，渠道开口处和底部的冻结深度基本相同，由于地面温度的重叠效应，渠底土壤含水量最大，冻结过程中产生大的冻胀力。渠道防冻工程中，从工程成本考虑，建议渠道底部保温板厚度小于开口处，坡面保温板厚度小于底部。