热喀斯特湖作为多年冻土响应气候变暖最显著的冰冻圈地貌之一，其形成演化过程深刻影响着生态环境变化、区域水文循环及生物地球化学过程，并危害冻土工程稳定性。通过综述北半球多年冻土区热喀斯特湖形成演化、水文循环、热量迁移及生态环境效应和工程影响的研究进展，发现在环北极不连续多年冻土区，多数区域的湖塘面积呈减少趋势；在连续多年冻土区，湖塘面积的增加和减少均有发生，而青藏高原区域气候暖湿化导致热喀斯特湖快速形成和扩张。同时，热喀斯特湖演化耦合水文循环过程及产生的热效应会改变周围土壤理化性质，影响高寒生态系统的水热过程，并降低毗邻冻土工程的稳定性。热喀斯特湖发育加速多年冻土碳库分解，释放CO2、CH4和N2O等温室气体，并反馈于气候变化系统。目前，热喀斯特湖“水—热—碳”循环过程及环境效应是国际冻土研究的热点议题之一。未来需综合考虑人类活动及气候变化的协同作用，并基于热喀斯特湖水—热—碳循环耦合过程，发展高精度陆面过程模型，研究变化环境下多年冻土区生态环境演替、水资源变化及碳循环等问题，推动冰冻圈科学发展。

为研究季节冻土区路基服役过程中温湿度的长期变化情况，以东北地区道路路基为研究对象，在水热耦合方程基础上借助于有限元软件，计算路基填土在长期冻融循环过程中的温度、湿度响应。研究结果表明，路基2 m深度以内的浅层土体受气温影响较大，随着深度的增加温度逐渐稳定，路基温度的变化相较于气温的变化具有滞后性；路基冻结期间，未冻结区域的水分在温度梯度作用下向冻结区域迁移，在冻结锋面处含水率发生突变，融化期间，路基浅层水不易消散，聚集在冻融交界面处导致土体含水率增加；季节冻土区路基长期的温湿度状态表现出以年为单位的周期性变化规律。

针对路基的季节冻土冻胀与多年冻土热融变形病害问题，研发基于多源热泵原理的主动温度控制技术。硬件方面，设计面向交通结构场景的异型热泵系统，构建热泵机组的热能转化、运行状态监测、过载过热保护、机电一体控制等各项功能的组件模块，提出传热强化的换热器类型及多源驱动方案。软件方面，构建路基热负荷预测模型、多源储量评估模型、热泵系统稳态热力计算模型、离网式光储供电系统设计模型、热泵系统动态运行控制模型。该技术应用于准池铁路、沈白高速铁路、河北省秦唐高速公路、青海省道S224公路等多条铁路、公路，路基温度控制效果良好。

在气候环境变化和工程热效应背景下，青藏高原冻土地区道路病害频发、主动防控能力弱、养护管理机制不足等问题日益突出。换填垫层广泛应用于冻土公路工程设计与施工，在增强道路抗变形、抗冻害和稳定性方面发挥重要作用，但目前针对其在服役期内对地基水热分布状态的影响有待深入探讨。在青海共和—玉树高速换填垫层设计方案基础上，本文对细砂、砂砾和碎石这3种换填料下多年冻土地基水热分布进行数值试验，并以无换填粉质黏土为对照，研究换填垫层对地基水热分布及演变的影响规律。研究结果表明：换填碎石具有较好的控温性能，能够有效降低最大融化深度；换填垫层内未冻水含量显著降低，但引起未冻水沿换填-地基土接触面从地基外侧向中心横向流动；同时，换填加剧地表积水侵入深部地基土，在地形平坦且无主动排水条件下，深部地基土含水量及其振荡幅值逐年增长；换填料透水与导热性能是影响地基水热动态分布的关键因素，因换填引起的水热迁移不利于多年冻土地基力学性能长期保持，在工程实践中，应充分考虑路域气候环境及地形地貌特征，谨慎采用换填处理。

在全球变暖的背景下，青藏高原地区的降雨量呈增加趋势。降雨改变了水分边界条件，为明确水分边界对冻土路基水热过程的影响程度，基于传热理论与非饱和土渗流理论，建立了包含水分迁移、相变的水热耦合模型。将综合考虑降雨与蒸发的水分边界引入模型，并与无水分边界下的含水量、温度及其通量的变化规律进行对比。结果表明：暖季忽略水分边界将低估含水量、高估土体温度；引入水分边界后，暖季路基浅层土体液态水含量在0.06～0.11 m3/m3波动，较无水分边界时可增大36.14%;雨水感热与蒸发潜热使地表能量再分配，减小了热传导通量，最终表现为路基浅层土体的暖季平均温度较无水分边界时最大可降低0.75℃。

利用观测资料结合遥感数据，基于半阶导数法估算青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩两个观测点2010—2012年的地表土壤热通量，并与“观测值”（利用10 cm土壤热通量和5 cm土壤温度观测数据计算得到的地表土壤热通量）及已有的3种遥感估算方法（GLEAM、PM-RS和组合法）进行对比分析。结果表明：1)半阶导数法估算的地表土壤热通量（G0）与观测G0具有较好的一致性，估算精度高；2)与已有的GLEAM、PM-RS和组合法相比，半阶导数法表现更好，估算的两个站点G0的相关系数（R）分别为0.85和0.81，偏差（Bias）分别为-0.70和0.08 W/m2，均方根误差（RMSE）分别为5.78和8.79 W/m2，平均绝对误差（MAE）分别为4.22和6.81 W/m2。相较于其他方法，半阶导数法的优势在于物理机制明确，参数设置简洁，仅需单层地表温度值和土壤热属性数据作为模型输入。

高原高寒地区冻土路基施工技术一直是道路工程领域的重要研究方向之一。文章旨在探讨高原高寒地区冻土条件下路基施工的关键技术，以提高道路施工质量。首先，详细概述了该项目的工程情况。其次，对高原高寒地区的冻土特点进行了系统分析，包括冻土的力学性质、水热特性及变形规律等方面。然后，提出了高原高寒冻土区路基施工技术，包括路基设计、原材料选择和施工工艺设计。最后，提出了冻土路基风险管理可行性措施。结果表明，所提出的路基施工技术可以显著提高路基的承载能力和抗冲击性能。

地表变形是反映活动层冻融过程的重要特征。为研究地表变形与活动层水热过程的相关性，采用SBAS-InSAR技术对祁连山地区野牛沟多年冻土区近5a的地表变形进行长期连续监测，并基于野外观测数据研究了地表变形与土壤水热过程的关系。结果表明，冻融过程与水力侵蚀作用引起的地表变形最为显著，地表变形表现出明显的季节性特征。冻融过程引起的地表累积变形较小，年际冻胀、融沉幅度约为10～20 mm；水力侵蚀引起的地表累积变形较大，年际地表变形幅度超过50 mm。野外观测数据表明活动层土壤温度具有轻微的下降趋势，负温等温线下探深度增加、历时加长，冻结锋面交汇日逐渐提前。地表变形与土壤温度、土壤湿度具有较好的相关性，在土壤水分富集区相关性更强，相关系数分别为-0.522、-0.415(P<0.001)。土壤水分富集区土壤含水量的变化对地表冻胀、融沉幅度变化的影响也更显著，两者具有良好的线性关系。笔者定量描述了活动层地表变形与土壤水热过程的关系，对大范围活动层冻融参数的监测研究具有参考意义。

青藏高原气候暖湿化加剧了多年冻土退化速率，影响公路、铁路等基础设施稳定性。热棒技术具有主动单向降温特点，已广泛应用于我国青藏高原和东北部的多年冻土地区。现有研究多采用数值仿真或钻孔测温方式分析热棒技术的降温效果，随着地球物理探测技术的发展，探地雷达技术为冻土工程领域提供了一种连续且无损的新研究方法。本文以青藏公路沱沱河至唐古拉山垭口段为研究区，采用探地雷达技术研究热棒技术对路基的降温效果。在道路病害调查的基础上，选取双侧单排直插热棒路基、单侧单排斜插热棒路基和相邻未处治冻土路基三处典型路段，采用探地雷达技术探测分析路基结构损伤和下伏冻土分布情况，结合现场考察评价不同热棒布设方式对冻土路基降温效果的影响。结果表明降温效果：双侧单排直插热棒路基>单侧单排斜插热棒路基>未处治路基。双侧单排直插热棒路基下伏多年冻土层分布具有良好的连续性，与路侧天然地表相比冻土上限提升0.47 m，其上路基结构完整；单侧单排斜插热棒路基下伏多年冻土层连续性一般，冻土上限与路侧天然地表相比较为接近，其上路基结构存在结构疏松和裂隙区域；未处治路基下伏多年冻土层分布连续性较差，冻土退化明显，冻土上限较路侧...

准确揭示多年冻土区碳源汇特征及其演化趋势对降低我国陆地生态系统碳源汇评估中的不确定性、实现“碳中和”目标具有重要意义。自国家重点研发计划项目启动以来，研究团队阐明了多年冻土区碳氮磷循环关键参数的空间格局和驱动因素，构建了多年冻土区首个全生态系统增温实验平台，解析了碳氮循环关键过程对气候变暖等全球变化要素的响应机制，揭示了热融湖塘甲烷（CH4）排放、可溶性有机质降解以及微生物分布特征。项目取得的阶段性成果有望为实现我国“碳中和”战略目标提供科技支撑。