在人类活动和全球气候变化驱动下，青藏高原气候整体呈现暖湿化变化趋势，由此引发的多年冻土活动层水热变化对寒区生态环境和寒区工程稳定性产生显著影响。目前，温度升高对多年冻土的影响机制较为明确，但降雨增加、降雨增加与气温升高共同作用下的多年冻土水热响应过程和机制尚不明确。在考虑雨水感热作用的地表能水平衡-冻土水热耦合模型的基础上，对比研究气温升高、降雨增加单一作用及其共同作用对活动层水热影响机制。结果表明：相比气温升高和降雨增加单一作用，暖湿化复合作用导致地表净辐射通量和蒸发潜热通量增长显著，地表感热降低更加明显，雨水感热影响较小，地表土壤热通量呈增加趋势；暖湿化复合作用下温度梯度液态水通量增长显著，基质势梯度液态水通量在浅层增幅也大于单独升温作用，但小于单一降雨增加作用，暖湿化导致暖季土壤含水率增幅小于单独降雨作用；暖湿化作用下活动层热传导通量在冷季增加显著且增幅小于单独升温作用，而液态水对流传热在暖季增加明显且增幅小于单独湿化作用；降雨增加促使土体暖季降温显著，暖湿化与单一气温升高均导致土体在冷季升温效果高于暖季；气温升高1.0℃引起多年冻土上限下移10cm，降雨增加100 mm促使上限...

青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响，忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上，通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论，完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型，基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性，并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明：考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m2之内，一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937；优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估，能够较好地预测了雨后活动层水热的变化；夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热，降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温，降温效果与降雨强度正相关；同时受降雨时段影响，白天降雨事件的降温效果显著，雨水感热促进地表冷却，而夜间雨水短暂加热地表，蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下，温度梯度水汽通量减少，液态水通量增加...

为了探讨VIC(Variable infiltration capacity)水文模型在季节性冻土区水文模拟中的适用性，以大凌河复兴堡站以上流域为研究区，构建了考虑能量平衡模式的VIC大尺度水文模型，评价了VIC模型在东北季节性冻土区水文模拟的适用性，并对不考虑能量平衡模式的水文模拟进行了比较分析。结果表明，考虑能量平衡模式的VIC模型率定期和验证期径流模拟效率系数在0.63以上，相对误差在6.0%以内。与不考虑能量平衡模式的水文过程模拟差异性比较显示，考虑了能量平衡模式的VIC模型可以更好地刻画由于冻土冻融过程引起的径流变化特征，模拟的土壤含水量和蒸散发量的空间分布特征更加合理。

青藏高原多年冻土区冻融循环过程对地表能量及其分配的影响研究相对较少,青藏高原唐古拉站多年冻土的实测资料,依据10cm土壤温度划分浅层土壤冻融循环的各个阶段并结合能量闭合率、地表能量各通量等数据探讨浅层土壤冻融循环过程与地气间水热交换过程之间的影响。结果表明:浅层土壤冻融循环过程各阶段均受气候变化的影响,其融化过程起始时间提前同时冻结过程起始时间推后,完全融化阶段持续时间增加,且逐渐接近完全冻结阶段持续时间;在浅层土壤不同冻融状态下,能量闭合率差值较大,其中完全融化阶段能量闭合状况普遍好于完全冻结阶段;净辐射值在完全融化阶段高于完全冻结阶段,净辐射在完全冻结阶段主要转化为感热通量,在完全融化阶段主要转化为潜热通量,地表土壤热通量在完全融化阶段为正值,在完全冻结阶段为负值。

利用三江源地区2018年1-12月涡动相关系统的观测数据,分析该地区冻土/非冻土期内各能量分项支出分配特征和能量平衡闭合率及其影响因子,以揭示其能量平衡特征。结果表明:显热通量、潜热通量、土壤热通量变化趋势与净辐射相似,且在年尺度、日尺度上具有典型的单峰型变化,但潜热通量、土壤热通量的峰值出现时间具有滞后性。非冻土期内,显热、潜热支出以及土壤吸收的热量占总能量的比例分别为0.38、0.37、0.10;而在冻土期内,上述各能量的支出比分别为0.54、0.19、-0.01。全年能量平衡闭合率为0.69,能量平衡闭合率在冻土期和非冻土期内分别为0.63、0.74。三江源地区冻土期内显热支出为主要能量消耗方式,且在该时段内影响能量平衡闭合率的因素主要是湍流动力因子;非冻土期的能量消耗方式为潜热和显热,热力和动力因子均对能量平衡闭合率产生影响。

近50 a青藏高原湿化趋势显著,降雨变化导致地表能量平衡过程、活动层水分状况和水热输运过程改变。以青藏高原北麓河铁路路基试验段水分监测为基础,基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型研究在未来降雨变化情景下,降雨对冻土路基水热的影响机制与过程。结果表明:近6 a路基水分监测显示,虽然青藏高原年降雨量变化较大,夏季降雨引起土体表层水分短期显著波动,但长期路基含水量并未明显累积,路基蒸发、液态水与水汽运移显著;在未来湿化背景下,年降雨量增大导致地表潜热增大地表土壤热通量减小,降雨增大导致的热传导通量减小量比液态水对流热通量增大更大,人为冻土上限抬升;降雨增加缓解了路基工程对下伏多年冻土的热扰动,但降雨增加导致活动层水分累积,增大路基冻胀和融沉灾害风险。

青藏高原降水变化影响高原生态环境的演变、干旱区水资源利用及地表工程结构的稳定性。为研究青藏高原北麓河地区降雨特征及其对活动层能量平衡的影响,以北麓河冻土工程与环境综合观测站2003至2013气象监测数据和活动层水热数据为基础,分析了北麓河地区降水特征及降水与地表水热变化的关系。结果表明:1)北麓河地区降水以5月至9月降雨为主,近10a来降水和气温呈增加趋势;2)夏季高频率、小量降雨事件有减少地表净辐射、增加地表蒸发潜热、降低土壤表层温度的作用;3)在降雨增加背景下冻土活动层含水量并未出现明显的增加趋势,地表蒸发潜热和水汽运移对活动层能量平衡作用不可忽略。

青藏公路长期研究表明,青藏高原多年冻土公路工程空间效应敏感,主要表现为公路空间效应直接改变下伏冻土地基的天然能量平衡状态,继而引发一系列工程病害.针对这一工程问题,提出多年冻土地区公路能量平衡设计理论,研究公路工程建设引发的多年冻土地基能量变化状态,平衡自然环境变化和工程建设等导致的外界"有害"能量导入与工程处置措施对冻土地基中"有害"能量导出之间相互关系,从空间和时间两个维度分析多年冻土地区公路工程的能量平衡过程.据此,作为多年冻土公路工程的设计依据,将为青藏高原高速公路的科学设计提供理论支持.