冰冻圈人文社会学的重要视角：功能与服务

冰冻圈与人类社会(人类圈)息息相关,随着全球变暖和冰冻圈普遍退缩,冰冻圈对人类社会的致利和致灾效应均在发生深刻的变化:一方面,冰冻圈灾害以频发的极端事件加剧呈现;另一方面,冰冻圈服务能力整体将不断减弱乃至丧失。文章在介绍冰冻圈核心区及其主要影响区域的人文社会特征基础上,对冰冻圈功能与服务及其价值理论进行论述,并以全球高山"水塔"的重要性和极地系统变化为例阐述冰冻圈功能和服务变化及其影响,最后进一步讨论了提升冰冻圈影响区社会生态-系统恢复力的路径。     

中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室

正中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室始建于1991年,2007年10月通过科技部论证,被批准成为国家重点实验室。实验室基于长期野外定位观测、面上考察和实验室分析模拟,建立了国际上最全面的山地冰冻圈综合监测网络和实验室分析研究平台,以"冰冻圈过程、机理和模拟""冰冻圈与其他圈层相互作用"和"冰冻圈灾害、影响与适应对策"三大研究方向为主线,在中国西部、南极和北极地区系统开展与冰冻圈相关的基础研究和应用基础研究。实验室在国际上率先建立了冰冻圈科学学科体系,促进了自然科学和社会科学的交叉融合。近年来,实验室在不断完善     

冰冻圈物理研究的新视野

冰是冰冻圈核心物质,但不同冰冻圈要素因冰的含量及其他物质组成有所不同,物理性质及各种物理过程存在明显差异。经过20世纪中后期对冰的物理性质的大量实验研究和冰冻圈主要要素物理特征的广泛调查,冰的物理性质和冰冻圈主要要素物理特征的基本概念得以明确。随着冰冻圈科学体系的建立和服务于社会经济发展的需要,冰冻圈物理研究在3个方面要着力发展:(1)提高冰和冰冻圈要素物理性质的定量刻画精度,为过程模拟、冰冻圈灾害防治和冰冻圈服务提供关键参数支持;(2)加强冰冻圈主要要素综合物理过程的模拟研究,特别是要开展实体和相似性模拟实验;(3)推进冰冻圈多模式及其与其他圈层模式的耦合研究。     

方兴未艾的冰冻圈科学分支学科——冰冻圈气候学

20世纪80年代以来,现代气候系统理论的建立和发展推动了冰冻圈科学和气候学的交叉融合,进而催生了冰冻圈气候学。冰冻圈的形成演化和地球气候有着密切关系。冰冻圈不仅是一定条件下气候的产物,其变化也影响到天气和气候,影响人类社会经济和可持续发展。冰冻圈气候学就是研究冰冻圈变化与大气圈的互馈作用及其物理机制的科学。文章从介绍冰冻圈气候学的发展历史入手,系统阐释冰冻圈气候学的基本概念和学科特点。冰冻圈气候学重点研究冰冻圈在天气气候及大气环流形成与变异中的作用、冰冻圈-大气圈相互作用的过程与机理、气候系统和冰冻圈模式的发展、气候变化与冰冻圈变化的预估,以及冰冻圈气候学对经济社会的服务功能。继续深化对冰冻圈和大气圈相互作用过程与机理的认识,推动陆地冰冻圈、海洋冰冻圈和大气冰冻圈过程参数化方案向精细化、定量化、复杂性方向发展,特别是重点考虑冰冻圈不同分量和要素非线性作用的时空尺度,发展耦合冰冻圈过程的全球与区域气候系统模式是冰冻圈气候学的未来发展趋势。     

冰冻圈微生物：机遇与挑战

近年来,冰冻圈微生物的研究受到广泛重视。冰冻圈的低温和严酷的生存条件,选择了具有独特适应性和多样性的微生物,这些微生物是地球生命系统和生物多样性的独特组分。冰冻圈微生物大多为冷适应微生物;其中,有许多新微生物类群,是极其重要的物种和基因资源。嗜冷微生物是揭示生物冷适应机制的模式生物,其细胞及细胞组分在低温生物工艺上显示出巨大的应用价值。冰冻圈中也封存着一些古老的未知致病性微生物。冰冻圈是地球上对气候变化最为敏感的圈层,地球的升温正加速冰冻圈的退化和消融,冰冻圈微生物赖以生存的生境正在消失,且伴随着微生物的释放。这些微生物的释放可能是人类面临的不可预知的威胁。因此,亟待开展冰冻圈微生物调查与研究,探讨其对全球变化的响应及其适应机制。     

冰冻圈工程学助力互联互通基础设施建设

冰冻圈与气候变化、人类工程活动和社会经济发展具有极为密切的关系,冰冻圈变化及其引发的冰冻圈灾害使寒区工程建设和安全运营面临着巨大的挑战。冰冻圈各要素对重大工程影响具有显著不同的特点,冰川、积雪、海(河、湖)冰等主要以灾害方式影响重大工程的建设、安全运营和服役性。冻土作为工程构筑物的特殊地基土,冻融灾害和冻土热力学稳定性变化均会直接影响工程的稳定性。随着全球气候环境变化,冰冻圈各要素变化及其水文、生态环境、地表过程等变化均对重大工程产生显著的影响,需加强重大工程建设和安全运营与环境因素变化之间关系研究,重大工程安全保障技术也需更加综合地考虑气候和环境变化的影响。因此,气候和环境变化将成为未来冰冻圈区重大工程建设、安全运营和工程服役性必须考虑的重要因素。同时,"一带一路"基础设施建设不仅给冰冻圈工程学带来机遇,而且也使其面临更大的挑战。     

冰冻圈化学：解密气候环境和人类活动的指纹

冰冻圈化学是一门新兴学科,是冰冻圈科学的重要分支。自工业革命以来,人类活动排放的污染物深刻影响了冰冻圈的化学成分,而全球变暖导致的冰冻圈快速退缩,也影响到冰冻圈乃至全球的生物地球化学循环,并产生了显著的气候和环境效应。文章介绍了冰冻圈化学在冰冻圈科学体系中的定位,构建了冰冻圈化学的学科框架;通过举例阐明冰冻圈化学与气候和环境变化及人类活动的联系,特别是冰冻圈化学在全球变化研究中的作用;对当今冰冻圈化学相关研究热点进行了回顾和展望。冰冻圈化学研究的不断深入,将为应对人类所面临的气候和环境问题提供重要科技支撑。     

冰冻圈科学体系的建立及其意义

冰冻圈是气候系统五大圈层之一,其存在和变化对大气、水资源和水循环、生态系统、陆地和海洋环境以及社会经济可持续发展具有重要影响,在地球系统中扮演重要角色。从冰冻圈形成和变化机理与过程,与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈相互作用,到冰冻圈变化的影响和适应,以及区域和全球经济社会的服务功能等的集成,发展成一门新兴交叉学科——冰冻圈科学。冰冻圈科学体系的建立和发展,与"未来地球""地球委员会"等倡导的方向相一致,具有国际前瞻性。     

冰冻圈水文学：解密地球最大淡水库

冰冻圈水体以固态存在,固态水融化后在流域、区域乃至全球尺度上影响水文、水资源和水循环。文章从水文学视角,重点从冰冻圈水文功能、融水径流过程及其影响、冰冻圈水文生态与环境效应等方面介绍冰冻圈水文研究的内容和最新进展。冰冻圈水文功能主要表现在水源涵养、径流补给、水资源调节3个方面。在气候变暖的背景下,冰冻圈水文过程已经发生了显著变化,冰川消融期提前,冰川融水径流增多;融雪期提前,多年冻土退化导致冬季径流增加,对流域径流的年内调节能力增加。预估未来气候变化情景下,冰川融水持续减少,其变化对我国西北地区的水资源管理带来更大挑战。冰冻圈水文过程变化也对寒区生态系统和生态工程、洪水灾害及可持续发展、乃至地缘政治有重要影响。     

瞄准国家战略目标 培养特殊学科人才——冰川冻土特殊学科人才培养项目介绍

1冰川冻土学科研究的意义、面临的问题 1.1冰川冻土学科研究的意义 冰川冻土学科属于社会公益型基础研究,主要研究冰川、积雪、冻土的分布特征、性质和形成机理,冰冻圈的特征和动态变化预测及其对全球变化的反馈作用和对社会经济效益的影响;冰雪水资源的形成及其变化预测;冰芯和冰盖内全球变化研究,青藏高原形成、演化、环境变迁和生态系统研究.应用研究重点立足国家经济建设发展计划,解决寒区自然资源开发利用中的环境、灾害和工程问题,研究寒区自然资源的赋存规律和开发,寒区灾害的特点和形成机制,寒区环境对人类活动的影响及相互关系.     

华北地区能源行业产出对气象条件变化的敏感性分析

全球性的气候变化正在成为社会经济的重大影响因素,能源行业的发展也面临着应对气候变化,特别是包括应对极端气候事件在内的影响因素。本文旨在研究气象灾害对华北地区能源行业产出的影响变化情况,将气象因素引入超越对数生产函数,对1987-2010年的相关数据进行动态的分析,研究能源行业产出对气象条件变化的历年敏感性影响,并具体分析气象灾害对能源行业产出的影响方向和程度。研究结果显示:①气象条件变化对华北地区各省市的影响程度和方向不一,但总体而言对能源行业产出存在显著敏感性影响;②就整个华北地区而言,低温冰雪灾害对能源行业的影响程度远大于高温、干旱、洪涝等灾害对能源行业的影响程度;③从历年变化的角度来看,华北地区能源行业产出对气候因素变化的敏感性变化情况,与各省市相关气象灾害的分布和损失情况存在某种一致性。根据敏感性研究结果提出相关政策建议。     

地球大数据支撑联合国可持续发展目标：气候变化与应对

气候变化正在成为未来几十年人类可持续发展面临的主要威胁。如何准确监测极端气候事件和灾害,为应对气候变化和灾害防控提供强有力的数据和科学支持,成为亟待回答的重大科学问题和决策命题。联合国可持续发展目标(SDGs)第13项——"气候行动:采取紧急行动应对气候变化及其影响"(SDG 13),就是要通过各国的实际行动,减缓气候变化威胁,增强人类适应能力。然而,目前SDG 13相关指标都缺少空间数据和信息的支撑。地球大数据具有高度协同性和集成性,有利于减小研究和评估结果的不确定性,同时也能满足气候变化和灾害风险研究对科学数据提出的迫切需求。文章围绕减缓气候相关灾害影响和降低温室气体排放两大主题,通过地球大数据平台,综合多源空间数据,研究获取灾害时空分布、碳收支变化趋势的方法;并依据该方法获取具有空间信息的数据集,以支撑SDG 13实现,为气候减灾和碳减排提供决策支持。     

服务冬奥、支撑发展：冰冻圈科学的延拓

冰冻圈科学作为一门自然和人文深度交叉的新兴学科，其目的是认识自然规律，服务人类社会，促进可持续发展。近年来，中国冰冻圈研究实现了从传统基础研究到服务国家重大需求的跨越，这标志着学科的日臻成熟。北京冬奥会是我国重要历史节点的重大标志性活动。早在2016年冬奥会申办成功之初，当意识到国际顶级赛事对雪冰特殊需求“近在眼前”后，冰冻圈科学国家重点实验室即以国家自然科学基金创新研究群体项目（三期）和中国科学院学部院士咨询项目为依托，率先在河北张家口滑雪场开展了观测研究。过去5年来，冬奥雪务需求牵引着我国冰冻圈科学团队在雪冰物理关键技术环节上集中攻关，推动了学科向应用领域的延拓，取得了预期成果。文章总结研究团队研发的冬奥雪务保障关键技术，展望我国冰雪产业发展路径，从战略思维、科学积淀及实践创新的角度阐述冰冻圈科学的应用及拓展，提出了相关思考和建议。     

基于Meta方法的气候灾害影响经济发展的文献分析

气候变暖是人类社会需要共同应对的挑战。但气候灾害对经济发展有何影响,现有研究结论不完全一致。本文搜集了77篇研究文献、1833个参数估计值,根据数据来源、灾害类型、灾害变量、恢复力因素、估计方法和发表特征等六方面的数据,采用Meta回归方法,分析了研究结果差异性的偏倚来源,总结了气候灾害影响经济发展的一般性规律。结果表明：（1）气候灾害对区域的经济发展带来了显著影响,但直接经济损失研究存在显著的发表偏倚;（2）灾害的时间跨度及所在区域的发展水平对研究结果的影响较大,总体而言,气候灾害对发展水平较低的区域的影响更明显;（3）GDP、教育、投资、开放性、人口密度、制度水平及灾害援助等恢复力因素在不同程度上影响着研究结果,但在直接经济损失和间接经济损失研究中的作用存在差异。最后提出,未来可研究各种恢复力因素的作用机制和具体影响,本文为气候变化经济学研究提供了新的视角和方法,是已有研究的有益补充。     

地球之外的冰雪世界——行星冰冻圈研究综述

文章介绍了太阳系和太阳系外行星冰冻圈。太阳系各行星和卫星的表面温度差异很大,它们的冰冻圈发育各不相同。水星和月球的两极陨石坑的永久阴影区中可能有水冰存在。金星太热,表面既没有液态水,也不可能有水冰存在。火星两极存在永久性冰帽,包括水冰和干冰(固态CO2)。在太阳系雪线之外,存在很多冰卫星和富含水的矮行星,它们的主要是由水冰组成的;在极低的温度下,水冰甚至比地球上的岩石还要坚硬,并成为这些星体的壳层。除了水冰,其他易挥发组分如CO2、CH4、N2、CO等在极低温度下都会凝固为冰,形成不同于水冰的冰冻圈。因此,行星冰冻圈具有与地球冰冻圈迥然不同的丰富多样性。对行星冰冻圈的研究有助于我们扩大视野,更深入地理解地球冰冻圈,也将有助于我们理解太阳系的形成、地球水分的来源、地球深时古气候环境和生命演化,以及开展未来的系外生命探测。