冰冻圈灾害特征、影响及其学科发展展望

冰冻圈灾害包括陆地冰冻圈灾害、海洋冰冻圈灾害和大气冰冻圈灾害,冰冻圈灾害分布广泛,对社会造成的损失和影响巨大。气候变暖导致冰冻圈灾害的发生频率和强度越来越高,使冰冻圈及其影响地区消除贫困、气候变化减缓与适应,以及经济社会可持续发展面临严峻挑战。早期,冰冻圈灾害学主要以单灾种的致灾事件、灾害影响和防治研究为主,且多集中于雪崩、冰湖溃决和冰川泥石流灾害。20世纪80年代以来,冰冻圈灾害学研究范畴扩大,冻土灾害、海冰灾害、冰凌灾害等得到广泛关注和深入研究。近10年,伴随冰冻圈科学体系的建立、完善,冰冻圈灾害学学科体系正在孕育发展,且在冰冻圈灾害风险、影响与适应方面进展显著。基于已有研究,文章详细阐述了冰冻圈灾害学学科内涵,评述了冰冻圈灾害时空特征及其综合影响,进而提出了未来冰冻圈灾害学学科建设和发展的建议。     

基础科学

<正>冰冻圈变化与全球变暖:我国面临的影响与挑战Cryosphere Change and Global Warming:Impact and Challenges in China摘要本文从冰川的水文水资源效应、冻土的生态、气候和工程效应、积雪的水文及气候效应等方面论述了冰冻圈在我国社会经济发展中的影响与重要作用.在此基础上,着重根据近40年来我国冰冻圈变化的实际情况,论     

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.     

冰冻圈科学发展的基础研究问题刍议

发展与资源环境的矛盾,是人类面临的全球性挑战,地球上由两极冰帽、大陆冰川、冻土、积雪、海冰等构成的冰冻圈影响和控制着全球气候、自然景观及人类的生活、生产。我国是冰川冻土大国,随着我国寒区经济的发展,要抓紧冰冻圈科学基础研究的规划和实施,本世纪末内应从七个方面展开。     

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。     

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。     

中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室

正冻土工程国家重点实验室1989年由原国家计委批准建设,是我国唯一从事冻土与寒区研究的实验室。实验室定位于寒区工程的应用基础研究,主要研究土、岩等介质冻融过程及相关的力学、物理学、化学和生物学过程、特性和模式,及其在解决工程、环境和资源问题上的应用。实验室立足于青藏高原、我国东北地区,以多年冻土区工程-冻土-气候-环境为主线,开展冻土环境与全球变化的综合集成研究、冻土与工程相互热、力学作用行为和机制研究,搭建水-热-力耦合的冻土工程与环境模型平台,解决冻土区工程建设中关键科学与技术问题,为寒区重大工程和生态环境建设提供重要的科学支撑。     

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。     

中国科学院青藏高原冰冻圈观测研究站

<正>中国科学院青藏高原冰冻圈观测研究站(简称"高原冰冻圈站")于1987年由中科院正式批准,由原中科院兰州冰川冻土所和原中科院兰州高原大气物理所联合筹建,当时定名为"青藏高原综合观测研究站"。2001年成为中科院特殊环境与灾害网络野外台站;2004年,由中科院批准更名为"青藏高原冰冻圈观测研究站";2005年经科技部遴选,成为国家级特殊环境与灾害野外科学观测研究站,并被命名为"藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站";2009年度荣获第一次"全国优秀野外科技工作集体"表彰。高原冰冻圈站是全球针对高海拔多年冻土监测研究的重要平台,也是"国际全球监测系统"中"多年冻土温度监测网"(GOSGTNP)、国际多年冻土协会活动层监测网(CALM)以及国际雪冰冻土数据网络中心的相关监测网络的重要组成部分。     

冰冻圈生态系统：全球变化的前哨与屏障

冰冻圈与生物圈间密切的互馈作用关系在全球变化下不断加强,深刻影响着全球环境治理和人类社会可持续发展。文章从冰冻圈生态系统基本格局与功能、对变化环境的响应过程及适应性策略等角度,全面阐释了冰冻圈生态系统的分布格局及其在全球生态系统功能与人类福祉中的作用、冰冻圈生态系统对全球变化的高度敏感性与指示性、冰冻圈生态系统在生物多样性维持及生物生产力增效等方面的屏障作用等,提出了变化环境下冰冻圈生态系统健康维持的有效调控路径;从而较为系统地介绍了冰冻圈生态学的基本内涵与学科进展,并指出了冰冻圈生态学未来主要发展趋势。     

多年冻土调查和监测为青藏高原地球科学研究、环境保护和工程建设提供科学支撑

随着我国西部大开发战略的实施和气候变暖对青藏高原影响的日益显著,多年冻土变化对生态、水文、气候和工程建设的影响日渐突出,多年冻土的长期定位监测和大范围野外调查已经成为冰冻圈、生态、水文、气候和寒区工程建设等方面深化研究和解决重大科学和工程问题的重大需求。中科院青藏高原冰冻圈观测研究站(简称"高原冰冻圈站")自建站以来对青藏高原多年冻土进行了长期连续的监测和大范围的野外调查,开展了多年冻土水热状况的变化机理、模型模拟和生态效应综合研究。特别是近年来在科技部、国家自然科学基金委和中科院等重大项目支持下,高原冰冻圈站积极开展国内外科研合作,规范了多年冻土野外考察和定位监测的方法,建成了在国际上处于领先地位的多年冻土综合监测网络;系统地开展了高原多年冻土分布、温度、厚度和地下冰空间分异规律的定量研究,基于多源数据和多模式比对,发布了空间分辨率为1 km的高原多年冻土温度、厚度和地下冰的空间格网数据。基于长期监测数据,构建和改进了适合于青藏高原多年冻土的一维热传导模式和陆面过程模式,定量评价了过去30年来高原尺度多年冻土的变化及物理机制。这些科研成果不仅为青藏铁路建设、三江源国家公园生态保护、区域气候模拟等问题的解决提供了强有力的基础数据支撑,同时也面向国家需求和国家重大项目研究,推动决策咨询服务。有关青藏高原多年冻土区植被、生态和土壤有机碳氮空间分布的研究成果,填补了该领域的国际空白,为未来地球国际科学研究计划和地球系统模式发展提供了最为基础的本底数据支撑。     

基于CVM理论的塔里木河流域居民生态认知及支付决策行为研究

作为新疆南疆的核心区域,塔里木河流域居民的生态环境保护意识与参与意愿关系到当地环境演变态势。本文调查流域12个典型样本区,运用条件价值法、环境外部性与准公共物品理论分析1962户居民生态认知及支付行为。研究表明：①流域样本区60.30%的居民认为生态环境有所改善,67.30%的居民认为防护林的生态价值主要体现在保持土壤、涵养水源、调节气候与增加生物多样性,对生态系统服务功能的认知程度影响居民的最大支付意愿;②家庭禀赋、对环境价值的认知、对环境变化的心理感知的差异导致居民支付意愿影响因素存在异质性。下游居民有支付意愿的比重平均比上游高29.99%;且收入水平不影响居民对生态价值的理性、客观认知;③样本区居民参与环境保护呈现“零意愿”的比重平均为11.90%,其中“搭便车”心理与“对政府环境治理缺乏信任”的占比达到61.90%;流域下游居民作为环境改善的最直接受益者,对生态环境保护呈现“零意愿”的仅为5.30%;④考虑居民的异质性,并结合当地的经济社会条件、环境演变趋势、资源配置方式,是提高CVM理论评估环境价值有效性和可靠性的重要保障。     

中国粮食主产区生产潜力对气候波动响应研究

粮食生产对粮食安全的影响是目前全球关注的热点之一,且粮食主产区的粮食生产潜力格局及其对气候变化的响应是保障中国粮食安全的关键问题。本文对逐级递减的机制法模型进行了改进,主要是修正计算太阳辐射的系数a和b,并划分不同土壤有效系数指标区来构建各自的评价指标体系,计算了1995年和2005年的光合、光温、气候和土地等4个逐级递减层次的生产潜力,并分析1995-2005气候变化对光合、光温、气候和土地四个层次生产潜力的影响。结果表明,研究区内绝大部分区域的作物有效生育期增加,并且有效生育期初日时间逐渐提前,而终日时间相应推迟;同时生育期时段内的日照时数增加;而作物有效生育期内有效降水量总体减少,且大部分地区降水多集中在有效生育期内。降水减少是整个研究区粮食生产发展的主要制约因素,各气象因子的变化整体上有利于生产潜力的增长。气候波动使得光合、光温、土地3个层次的生产潜力增长,使得气候生产潜力降低。对光合、光温、气候和土地4个层次的影响程度逐渐减小。从对水田和旱地的影响看,气候波动导致水田光合生产潜力比旱地的增加更多;而气候波动使旱地的光温生产潜力比水田的增加更多;气候波动导致旱地的气候生产潜力比水田的减少更多;气候波动导致旱地的土地生产潜力增加,但水田的土地生产潜力减少。     

大气污染与气候变化协同治理机制创新

大气污染和气候变化同为中国面临的两大严峻环境问题，其对我国经济、社会发展的影响将变得越来越严重。在治理机制上，过去一直由环保部门和发改部门分而治之。随着相关治理工作的推进，分而治之的机制逐渐暴露出一系列政策重叠乃至互为掣肘的弊端，相应的治理机制创新也因此形成了重大需求。2018年，中国国务院实施机构改革，应对气候变化的职能被划转到生态环境部。生态环境部随即明确了大气污染和气候变化协同治理的战略目标。建立怎样的机制才能切实保障战略目标的实现？这是政界、学界、业界普遍关心的问题。针对这项需求，本文基于对大气污染和气候变化的影响范围和危害形式差异较大，但却“同根同源”的特性分析，阐述了两者协同治理的科学基础，提出了协同治理的机制模型，为我国有效实施绿色创新战略，积极融入应对气候变化全球治理体系打开了新思路。