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。

为深入理解热喀斯特湖与多年冻土间的相互作用，本文以青藏高原北麓河盆地典型热喀斯特湖区域为例，构建考虑热传导和热对流过程的水-冰-热耦合模型，对热喀斯特湖作用下的多年冻土退化特征及热喀斯特湖的水均衡进行模拟，计算地质环境和气候变暖对热喀斯特湖水均衡和冻土的影响。研究结果表明：热喀斯特湖周围冻土逐步退化并形成贯穿融区，导致地下水循环模式发生改变；在地表温度作用下，形成的活动层厚度为3.35 m;热喀斯特湖在整个模拟时段内表现为负均衡，其排泄量在285～388 a间显著增加；地层渗透性能决定了热喀斯特湖和生态环境的发展方向；气候变暖加速多年冻土向季节冻土转变。研究结果可为进一步认识寒旱区生态水文过程提供科学依据。

青藏高原热喀斯特湖分布广泛，近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系，强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响，以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料，发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型，模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明：浅湖（<1.0m）在目前稳定气候背景下处于较稳定状态，湖冰能够回冻至湖底，对下伏多年冻土影响较小；较深湖塘（≥1.0m）冬季不能回冻至湖底，湖深不断增加，且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖，热喀斯特湖的热效应显著，深度快速增加，较深湖塘的最大湖冰厚度减小，底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。

全面认识热喀斯特湖水文过程的季节变化特征是准确评估其生态环境效应的关键。以青藏高原典型热喀斯特湖为例，基于2018—2020年水文气象要素的野外观测及计算，分析热喀斯特湖的水文特征及产生的环境效应。研究结果表明：(1)春季降水补给热喀斯特湖，迅速升高湖塘水位，其中湖塘的储水量与湖塘水位之间存在较好的幂函数关系；(2)湖面年均蒸发量和湖冰年均升华量分别可达738 mm和198 mm,受温度升高的影响，未来有增多的可能；(3)热喀斯特湖水中离子质量浓度在暖季初期和后期较高，冷季湖冰形成过程中自净作用和地球化学过程的影响使各离子表现出不同的迁移机制。受局地因素的影响，热喀斯特湖的水文要素呈明显的季节变化特征，水文循环过程会引起多年冻土退化、湖岸坍塌后退、水环境恶化、温室气体释放、土壤盐渍化、植被退化等，未来研究需对整个高原地区热喀斯特湖的环境效应进行全面评估。

结合国际冻土研究的热点问题和青藏高原脆弱生态环境可持续发展的需求,针对多年冻土退化过程中趋于加剧的热喀斯特现象,及其因融穿冻土、造成区域地下水位的改变而诱发的生态环境影响,在国家自然科学基金重点项目支持下开展"青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应"研究。项目主要通过遥感分析及野外调查,分析气候变化和工程活动影响下的青藏工程走廊内热喀斯湖时空分布规律,评价其生态环境效应;选取热喀斯湖广泛发育区域,调查其发育条件、规模和几何分布特点,揭示典型热喀斯特湖影响因素变化、水热状况等,通过水文学、同位素示踪试验等阐明热喀斯特湖与地下水之间的转换关系;结合抽水疏干试验进行热喀斯特湖对区域地下水位影响分析,并通过数值模型及模拟,依热喀斯特湖发育不同阶段、规模,分析其对区域冻土、水文条件及生态环境的影响。研究成果将有助于区域性冻土生态环境演化准确评价及趋势预测,以及深入理解诸如江河源多年冻土区水文状况演化影响因素,及其相应的生态环境响应机制。

热喀斯特湖是其周边多年冻土重要的热源,也是排向大气的温室气体的重要源泉,对湖下及周边多年冻土中发生的物理、化学、生物、地貌和水文过程能产生重要的作用,严重影响冻土区环境和建筑物的稳定性。数值模拟为量化分析热喀斯特湖及其演化对周边多年冻土热状况长期影响的效果提供了有效的方法,极大地深化了人们对热喀斯特湖作用的认识,总结热喀斯特湖对多年冻土热状况数值模拟研究的进展对运用和改进现有数学模型以及开发更加有效的模型具有重要的指导作用。综述了最近10多年开发的描述热喀斯特湖对多年冻土热状况影响的相变热传导模型、热融滑塌模型、湖塘—冻土耦合模型、组合热量传递与质量传输过程的湖扩张模型、温度场与水分场耦合运移模型,以及基于移动网格方法的热喀斯特湖动态演化模型等主要数学模型的构成、功能、优点和不足,提出了未来数值模拟研究中值得重视的问题,包括建立更有效的模型,确定更符合实际的初始条件,深入研究土壤的热和物理参数,充分考虑湖水补给的作用,进一步研究热喀斯特湖周边冻土层上水的热效果,建立耦合相变热传导与对流传热过程的控制方程,在模型中嵌入气候变暖的效应,研究热喀斯特湖干涸对多年冻土区环境变化的长期影响,量化...

基于对青藏高原北麓河盆地天然形成的湖塘下部及其周围地温的监测分析,结果表明该湖塘为非贯穿型热喀斯特湖.湖塘下部多年冻土上限变化较大,湖岸过渡带及天然场地多年冻土上限基本保持不变.随着远离湖塘中心,湖塘下部及其周围多年冻土含冰量依次升高,地温年变化深度依次降低,年平均地温依次降低.观测期内,湖塘下部浅层多年冻土地温在逐渐升高,深部土体地温基本保持不变;湖岸过渡带及天然场地下部多年冻土地温基本保持不变.天然场地多年冻土地温明显低于湖塘下部土体地温.