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。

流域碳湿沉降与河流碳输出是全球碳循环的重要组成部分，对区域碳收支评估具有重要意义，然而在我国高纬度多年冻土区的相关研究仍然缺乏。本研究以大兴安岭多年冻土区典型森林流域——老爷岭流域为对象，在2022年5月28日—10月30日通过对流域内碳湿沉降过程及河流碳输出过程的动态监测，分析了降水和河流中各碳组分浓度与通量的变化特征及影响因素，并估算了流域内碳湿沉降对河流碳输出的贡献。结果表明：观测期内，老爷岭流域溶解有机碳（DOC）、溶解无机碳（DIC）和总溶解碳（TDC）湿沉降通量分别为1354.86、684.59和2039.45 kg·km-2;河流中DOC、DIC、TDC的输出通量分别为601.75、1977.30、2579.05 kg·km-2,颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、总碳（TC）的输出通量分别为125.13、21.99、2726.17 kg·km-2;流域内TDC湿沉降对河流TDC输出的贡献量为9941.89 kg,相对贡献率为17.6%;河流中DIC浓度表现出显著的季节性差异，降水引起径流量的增加使...

微生物残体碳是土壤稳定碳库的重要组成部分,对土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)的贡献可达50%以上.然而,由于缺乏大尺度观测证据,目前学术界对多年冻土微生物残体碳分布特征及其驱动因素的认识十分有限.本研究基于野外样带调查和室内分析相结合的方法,揭示了青藏高原多年冻土微生物残体碳的空间分布特征,对比了冻土层与活动层微生物残体碳对SOC的贡献差异.在此基础上,结合气候、土壤变量和微生物属性测定,探究了多年冻土微生物残体碳含量空间变异的驱动因素.结果显示,多年冻土总微生物残体碳、真菌和细菌残体碳含量均呈现自研究区西部向东部递增的趋势.平均而言,冻土层总微生物残体碳含量为2741.0±815.3 mg/kg(平均值±标准误差),占SOC的比例为13.2%±1.1%;真菌残体碳的含量及其对总微生物残体碳的贡献均显著高于细菌.冻土层总微生物残体碳和真菌残体碳的含量与贡献均显著低于活动层;冻土层细菌残体碳含量显著低于活动层,但其对SOC的贡献与活动层无显著差异.结构方程模型分析的结果显示,多年冻土含水率和微生物的生物量是影响多年冻土微生物残体碳含量空间变异的直接因素,气候...

气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一，但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤温度和碳循环的模拟能力，结果表明，CLM5.0可以捕捉到表层土壤温度的季节变化。在苔原和针叶林站点，CLM5.0在日尺度和月尺度都可以很好地模拟出总初级生产力（GPP）随时间的变化，但对净生态系统碳交换（NEE）的模拟结果存在一定的不确定性。CLM5.0可以较为合理地模拟高纬度多年冻土区的土壤温度季节变化，在未来的研究中可能还需要从结构、参数化方案等过程进行改进，从而进一步提升高纬度多年冻土区碳循环的模拟精度。

多年冻土是寒冷气候的产物,气候变暖则会造成多年冻土退化。多年冻土退化的表征之一就是地下冰融化,使得地表土壤失去支撑,从而形成滑塌、沉降等热喀斯特地貌。热喀斯特地貌不仅会影响到工程建筑,还会破坏地表植被,导致生态系统退化。热融沉降形成的低洼地还会积水并逐步发展为热融湖塘。热喀斯特地貌除了直接改变地表景观外,还会改变土壤的水文和碳氮循环的过程。目前热喀斯特地貌的发展及其影响在多年冻土环境研究中已引起了广泛关注,定量评估热喀斯特地貌对碳循环的影响也是评估多年冻土区对全球变化的响应及气候反馈效应的重要环节。

多年冻土区储存着大量的土壤有机碳,其碳库变化及生态系统碳反馈机制是当前全球气候变化研究中备受关注的热点问题。为了增强对多年冻土碳循环的认识,通过综合第三极和北极地区多年冻土碳循环研究,概述了土壤有机碳库大小、脆弱性及生态系统碳交换过程,分析了涉及大气、海洋和陆地综合影响的多年冻土区生态系统碳循环。研究表明:第三极和北极多年冻土区碳储量不确定性较大,影响和控制有机碳分解和生态系统碳交换的生物地球化学过程仍需进一步研究,进而改进生态系统碳循环相关的模拟研究。在全球气候变化背景下,研究多年冻土碳库变化及其对气候变化的响应,是预估未来气候变化的关键环节。

环北极多年冻土区作为全球碳库的重要组成部分,它以一种独特的方式响应着气候变化。在气候变暖的背景下,冻土中的有机碳将在全球碳循环中扮演着更活跃的角色。为增进对环北极多年冻土区碳循环的认识,分析了近年来北极多年冻土区碳储量和碳迁移状况,以及相关模型在模拟碳循环应用方面的最新进展。目前,对北极多年冻土区碳源/汇的时空分布格局、碳循环过程的关键驱动因子以及碳循环对全球变化的响应等一系列问题尚不能作出完整的、系统性的科学解释。同时,还进一步分析了北极多年冻土区碳循环模拟的三大不确定性因素。基于以上分析,提出未来对北极多年冻土区碳循环的研究还应在典型研究区开展长期的野外系统监测、创新研究方法,深化碳循环机制研究,重视学科交叉以及多模型集成,宏观与微观相结合、多途径与多尺度综合研究。

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...