面向可持续发展的冰冻圈科学

21世纪以来, 在全球气候变暖的大背景下, 冰冻圈科学发展快速。在梳理国际冰冻圈相关研究态势、 分析中国相关研究动向的基础上, 总结了“冰冻圈科学”发展的历程并简要介绍了冰冻圈科学的基本框架。研究指出, 自20世纪70年代冰冻圈概念正式提出以来, 国际社会以推出气候与冰冻圈（WCRP-CliC）计划和成立国际冰冻圈科学协会（IACS）为标志, 并在深化冰冻圈自身机理、 过程认识的同时, 更加关注与其他圈层之间相互作用中的冰冻圈效应, 表明冰冻圈研究趋向变化 - 影响 - 适应这一主线发展, 在一定程度显现出了“冰冻圈科学”的核心特征。中国冰冻圈研究近20年、 尤其是近10年发展迅猛, 沿着冰冻圈科学的主体思路, 在冰冻圈变化, 冰冻圈变化对生态、 水文、 气候、 地表环境以及社会经济的影响等方面取得了系统性成果, 对冰冻圈科学的内涵和外延有了系统的认识。在分析国际冰冻圈科学孕育和发展背景并简要总结中国冰冻圈研究近况基础上, 对冰冻圈科学学科框架体系从科学内涵和外延、 研究构架和学科组成等方面进行了论述, 冰冻圈科学已经成为一门涉及广泛、 过程机理研究与可持续发展密切关联的全新学科。     

自然科学基金资助下的我国冰冻圈科学发展

冰冻圈是指地球表层水以固态形式存在的圈层,包括冰川、冻土、积雪、海冰、河冰、湖冰等.作为一门新兴学科,冰冻圈科学研究其各组成部分的形成机理、演化规律、与其他圈层之间的相互作用,以及对经济社会的影响.在全球变暖背景下,冰冻圈研究受到前所未有的重视,成为气候系统研究中最活跃的领域之一,也是当前全球变化和可持续发展最关注的热点之一.中国是中低纬度地区冰冻圈最发育的国家,中国冰冻圈变化的气候效应、环境效应、水资源效应和生态效应非常显著,因此,对国家西部发展战略有重大意义.我国冰冻圈科学的发展与国家自然科学基金项目的支持息息相关,许多前瞻性、先导性、基础性的项目源自于基金项目的支持.国家自然科学基金在引领冰冻圈研究新领域和人才培养两方面起到了奠基和推动作用.着重回顾了在自然科学基金资助下我国冰冻圈科学的发展历程.     

冰冻圈微生物学：回顾与展望

冰冻圈是地球上的负温圈层。冰冻圈各个要素中生存的微生物是地球上生命多样性的重要组分,对这些生命体及其生长繁殖和起源演化规律的揭示,不仅极大地丰富着生命科学和冰冻圈科学,还为深入了解全球变化和地外生命提供重要线索。冰冻圈微生物学的发展也将造福于人类。在回顾冰冻圈微生物研究的基础上,提出冰冻圈微生物学的概念,为冰冻圈科学和微生物学发展提供新视角。     

冰冻圈及其变化的脆弱性与适应研究体系

冰冻圈及其变化的脆弱性与适应研究是以探索冰冻圈及其变化的脆弱性概念为前提和基础,以冰冻圈变化的自然影响为链接点,以社会经济影响研究为突破,以脆弱性研究为桥梁与纽带,以应对与适应冰冻圈变化影响、风险为目的的冰冻圈科学领域的新兴研究方向。探讨了冰冻圈及其变化的脆弱性概念,并以影响—脆弱性—适应为主线,针对冰冻圈变化的社会经济影响研究、脆弱性研究、适应研究内容及其关键科学问题、脆弱性评估模型、尺度问题进行了较为详细的阐述,初步搭建了中国冰冻圈及其变化的脆弱性与适应研究体系。基于冰冻圈要素的多样性、变化影响的复杂性与显著的区域差异性,从2个梯度勾绘了冰冻圈及其变化的脆弱性与适应研究格局与空间布局。中国冰冻圈及其变化的脆弱性与适应研究除深化冰冻圈变化的影响与脆弱性研究之外,应加强不同利益相关者协同设计、共同参与的冰冻圈变化适应应用研究,并关注冰冻圈灾害风险、渐变风险研究。     

北极快速增暖背景下冰冻圈变化及其影响研究综述

北极具有独特的地理位置和战略地位,是当前全球变化研究的热点区域之一。北极增暖是全球平均值的两倍以上,被称为“北极放大”现象。在北极快速增暖背景下,冰冻圈尤其是海冰显著萎缩,对北极乃至中纬度天气气候产生深远影响。对北极快速增暖背景下冰冻圈主要要素（包括海冰、冰盖、冰川、积雪和冻土）时空变化特征及未来预估进行了综述,同时总结了海冰变化对北极气候系统（大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）以及中纬度极端天气气候事件的影响。指出当前北极冰冻圈变化研究受观测资料缺乏及模式模拟不确定等问题限制,其机理及对中纬度天气气候影响机制仍存在争议。未来还需要加强北极地区的综合监测,提高模式对北极气候系统物理过程的模拟能力,进行多模式、多数据、多方法的集成研究。     

冰冻圈变化对经济社会系统的综合影响及其适应性管理策略

冰冻圈是气候系统影响最直接和最敏感的圈层。在全球变化背景下,冰冻圈变化与生物圈、岩石圈、水圈、大气圈、人类圈之间的相互作用日趋加剧。特别地,冰冻圈快速变化对其影响区经济社会系统产生了广泛而深刻的负面影响,甚至危及人类福祉、经济社会系统的健康、和谐、持续发展。鉴于冰冻圈区位劣势及其较为落后的经济水平,其应对冰冻圈变化的能力极为有限。目前,适应仍然是冰冻圈应对气候变化的主要途径。冰冻圈变化对经济社会系统的综合影响分析是适应冰冻圈快速变化的基础,其适应性管理战略则是减轻冰冻圈快速变化不利影响、降低自然和经济社会系统防御其不利影响脆弱性的最终目标。     

20世纪全球变暖的冰冻圈证据

20世纪80年代以来，地面气象观测结果表明全球气温在明显升高，而探空资料和卫星遥感资却表明低层大气在降温，这使得人们对于全球变暖问题提出了质疑。通过对近100多年来冰冻圈各组成要素（冰川、积雪、冻土、海冰等）变化的综合分析，并结合全球不同地区的冰芯记录，证明了20世纪全球气候是在变暖，指出开展冰冻圈（尤其是冰盖、积雪、冻土和海冰）与大气／海洋之间相互作用（影响和响应）过程研究的必要性和迫切性。     

青藏高原冰川氮记录研究进展

近年来,青藏高原冰川持续退缩,显著影响区域气候与生物地球化学循环。作为重要的营养元素,氮在生态系统中的循环备受关注。冰川中含氮化合物的迁移转化是冰冻圈地区氮循环的重要环节。基于青藏高原地区冰川氮记录研究,综述了近年来冰芯氮记录的历史变化,指出不同区域的变化趋势存在差异,认为一定程度上受亚洲地区人类活动排放污染物的影响。通过全面的雪冰氮（总氮以及NO₃^-、NH₄⁺等）数据收集与分析,阐明了冰川雪冰中可溶无机氮北高南低的整体空间分布特征。利用冰川物质平衡数据,评估了气候变化背景下青藏高原冰川氮的释放量,结果表明：可溶无机氮年均释放量可达4 700 t?a^-1以上。基于目前的研究与认识,提出了冰冻圈地区冰川雪冰氮研究的薄弱环节并进行了展望。在未来的研究中特别关注有机氮以及氮同位素的研究,加强冰川氮释放迁移对青藏高原冰冻圈地区氮循环的影响研究。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

冰冻圈变化的适应框架与战略体系

冰冻圈变化的适应研究是冰冻圈科学领域的新兴研究方向, 是当今全球变化研究中自然科学与社会科学交叉融合研究的典型代表。文章阐述了冰冻圈变化适应研究的内容框架, 分析了目前国际冰冻圈变化适应研究的现状、 动态与发展趋势。在此基础上, 从理论探索与实践研究两方面, 详细介绍了中国冰冻圈变化的适应研究。在理论与方法研究方面, 中国冰冻圈变化适应研究2007年起步至今, 已建立了由冰冻圈变化影响（冰冻圈服务和冰冻圈灾害）-风险-恢复力-适应构成的中国冰冻圈变化适应研究理论与方法体系; 在实践研究方面, 从致利与致害两条线, 开展了冰冻圈服务与冰冻圈灾害风险研究; 从冰冻圈与人类圈交互视角, 开展了冰冻圈变化的脆弱性、 恢复力与适应典型案例研究。未来, 一方面需进一步完善和深化现有理论体系, 尤其是冰冻圈与人类圈相耦合的灾害风险、 脆弱性与适应定量评估方法; 另一方面, 既要针对不同冰冻圈问题, 加强案例研究, 又要拓展尺度, 深入宏观研究, 为国家和地方政府决策提供科学依据与对策建议。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

最近十多年来冰冻圈加速萎缩——IPCC第六次评估报告之冰冻圈变化解读

政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2021年8月发布了第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。该报告基于最新的观测和模拟研究,评估了冰冻圈变化的现状,并采用CMIP6模式对未来变化进行了预估。报告明确指出,近十多年来冰冻圈呈现加速萎缩状态：北极海冰面积显著减小、厚度减薄、冰量迅速减少;格陵兰冰盖、南极冰盖和全球山地冰川物质亏损加剧;多年冻土温度升高、活动层增厚,海底多年冻土范围减少;北半球积雪范围也在明显变小,但积雪量有较大空间差异。冰冻圈的快速萎缩加速海平面的上升。未来人类活动对冰冻圈萎缩的影响将愈加显著,从而导致北极海冰面积继续减少乃至消失,冰盖和冰川物质将持续亏损,多年冻土和积雪的范围继续缩减。报告也提出,目前冰冻圈研究仍存在观测资料稀缺、模型对各影响因素的敏感性参数和过程描述亟需提升、对吸光性杂质的变化机制认知不足等问题,从而影响了对冰冻圈变化预估的准确性,未来需要重点关注。     

气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力（ＮＰＰ）的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等向个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究,气候变化对生态系统ＮＰＰ的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向,生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响,目前大量存在的ＮＰＰ模型各有段缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势,改进观测方法和理论,建立全球共享ＮＰＰ数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型（ＤＧＶＭ）是未来一段时期研究的重点。     

河流生态系统结构功能整体性概念模型

在完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上,提出河流生态系统结构功能整体性概念模型。水文情势、水力条件和地貌景观格局是对河流生态系统结构与功能具有关键影响的3大生境要素,结构功能模型的核心是建立以3大生境要素为构架的生命支持系统与河流生命系统之间的相互作用和相互制约关系,同时考虑由于人类活动引起生境要素变化对于河流生态系统的影响。河流生态系统结构功能整体性概念模型由以下4种模型组成:河流四维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、水力条件-生物生活史特征适宜模型以及地貌景观空间异质性-生物群落多样性关联模型,这4种模型的一体化整合,基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。     

积雪变化对地下生态系统影响的研究进展

在气候变化背景下,全球积雪厚度、积雪密度和雪水当量发生着一系列变化,并进一步影响陆地生态系统的水热状况、生物地球化学循环过程以及生态系统的结构与功能。本文综述了北半球积雪变化（雪深、积雪覆盖日数）的现状,积雪生态研究方法及其优缺点,积雪与生态系统相互作用,以及积雪变化对主要陆地生态系统类型（草地、灌丛和森林）地下过程（养分周转、土壤动物和微生物、根系生长）的影响及其机制。研究发现：（1）雪深在40～70 cm时对土壤的保温作用最显著;（2）积雪增加通过加速土壤碳氮循环过程引起碳氮损失,尤其显著发生在相对湿润的生境中,相对干旱的生境中变化不显著;（3）在草地生态系统中,土壤有效磷含量对积雪增加的响应程度受生态系统自身干湿条件调控,即湿润的生境有效磷增加,干旱的生境有效磷降低;（4）积雪增加促进了草地生态系统植物表层根系的生长,积雪减少对植物根系生长的影响程度取决于消极影响（根系损伤和死亡）和积极影响（土壤养分有效性增加）之间的动态平衡;（5）相对于草地生态系统和森林生态系统植物根系生长而言,灌丛生态系统植物根系生长对积雪变化的响应更稳定。本文还提出了现有研究中存在的不足和未来发展趋势。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

冰冻圈科学常见误用专业术语解析

冰冻圈科学作为新兴学科,由于学科交叉、快速融合发展以及外来词翻译等,极易造成学者、媒体工作者在撰写稿件中误用部分专业术语。准确使用和正确理解冰冻圈科学专业术语是学科发展的基础,更是学科科学普及的前提。作者在长期审阅稿件、阅读相关科技新闻中,经常发现错误使用冰冻圈科学专业术语的现象。近期,冰冻圈科学专业术语准确使用再次成为中国冰冻圈科学学会（筹）微信群内的热点话题,作为一名冰冻圈科学的期刊编辑,有责任和义务为冰冻圈科学术语推广、准确使用与普及做一些力所能及的工作。因此,作者分析了冰冻圈科学专业术语易误用原因,并依据冰冻圈科学权威工具书——《冰冻圈科学辞典》（修订版）、《英汉冰冻圈科学词汇》（修订版）,以及相关权威学者专家的解读,给出冰冻圈科学易误用专业术语的正确名称、英文翻译并作解析,以期全面提升相关人员的学术专业素养,推动学科快速发展。