国家重点基础研究发展计划（973计划）项目计划任务书
项目编号：2007CB411500
项目名称：我国冰冻圈动态过程及其对气候、水文和生态的影响机理与适应对策
一、立项依据 “冰冻圈”是指地球表层由山地冰川、极地冰盖、积雪、冻土、海冰等固态水组成的圈层，由于其对气候的高度敏感性和重要的反馈作用而倍受关注，从而与大气圈、水圈、岩石圈（陆地表层）、生物圈一起被认为是影响气候系统的五大圈层。我国冰冻圈的主体为冰川、冻土和积雪，分布范围广泛，不仅有重要的气候效应，还是维系干旱区绿洲经济发展和确保寒区生态系统稳定的重要水源保障。作为冰冻圈发育大国，我国的冰冻圈研究不仅具有科学上的重要性，而且显示出其在国家战略需求上的紧迫性，意义重大。
冰冻圈变化对我国的水安全有突出影响，制定科学的西部水资源可持续利用对策，迫切需要定量评估冰冻圈变化的未来趋势及其对水资源的影响：我国是中、低纬度地区冰川、积雪最发育的国家，冰川面积达59425 km2，占全球中、低纬度冰川面积的50%以上，冬季积雪相当于740108m3水量。我国西部冰川分布区是亚洲10条大江大河（长江、黄河、塔里木河、怒江、澜沧江、伊犁河、额尔齐斯河、雅鲁藏布江、印度河、恒河等）的水资源形成区，冰川和积雪对这些江河水资源的形成与变化有着十分突出的影响。在西北内陆干旱区，冰川融水的重要性尤其突出，塔里木河各源流区冰川融水补给比例多在30～80％左
右。作为冰冻圈重要组成部分的冰川，近几十年来变化显著，尤其是近十几年来，冰川呈现出加速变化之势，对我国西部的江、河、湖、沼已产生了明显影响。目前，由于监测冰川少、流域尺度冰川变化对水资源影响研究基础薄弱，有关冰川变化对水资源影响的时空尺度、气候－冰川－水文之间相互联系的数量关系等方面还很不清楚。我国冰川面积广阔、类型多样，过去几十年中冰川变化对水资源到底产生了什么影响、未来变化将会有什么影响？目前的研究还不能系统、准确地回答这一广泛关注、且急需回答的科学问题。
冰冻圈是维系我国西部高寒和干旱区生态系统稳定的基本保障，冰冻圈变化对我国西部生态安全的威胁日益凸显，制定科学的生态保护与治理对策，迫切需要研究和评估冰冻圈变化对生态系统的影响：以冰川、冻土和积雪为核心要素构成的我国冰冻圈系统对寒区生态系统有重要影响。在青藏高原，冰川变化除直接影响着一些大江大河源区的水文情势外，还与高原湖泊消长、沼泽湿地变化有密切联系，冰川变化影响周围地区的水循环过程，进而又影响到源区生态与环境。在我国干旱区内陆河流域，高山冰川－山前绿洲－尾闾湖泊构成的流域生态系统中，冰川进退对绿洲萎扩和湖泊消涨具有重要的调节和稳定作用，冰川是我国绿洲稳定和发展的生命之源。因此在青藏高原，冰川－河流－湖泊－湿地紧密相连，在干旱区内陆河流域，冰川－河流－绿洲－尾闾湖泊不可分割，冰川变化对寒区生态系统具有牵一发而动全身的作用。国家高度关注的诸多西部生态建设与水源保护重大工程（如“三江源”生态与水源保护工程、塔里木河综合治理工程，等等）均与冰川息息相关。在冰冻圈各要素中，冻土由于分布面积广阔，对生态系统影响最大。以青藏高原为主体的我国多年冻土区面积约220104km2，占国土面积的23%。据估算，青藏高原多年冻土含冰量达9500 km3，折合水当量约为86000108m3，是我国冰储量的1.7倍。正是由于青藏高原多年冻土的存在，才有了高原面上降水量不足400mm的江河源区广泛分布的高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统，冻土变化是导致江河源区高寒草甸与沼泽湿地大面积退化的主要原因。总体而言，冰冻圈萎缩，湖泊、湿地水域面积减少，生态退化已是我国冰冻圈地区的基本事实，冰冻圈变化改变寒区水文循环过程，影响生态系统稳定是目前对冰冻圈与生态关系的基本认识，还处于定性认识的水平上。这一问题的复杂性不仅在于地理、地质、生态、水文、
大气等多种学科的交叉，而且还表现在监测、模拟、多尺度、多时空的转化等研究手段和技术途径上。只有正确认识冰冻圈变化的水文和生态效应，并能在不同时空尺度上准确预测，寒区生态建设才能达到事半功倍的效果。
冰冻圈是气候系统的重要组成部分，我国作为中低纬度冰冻圈最发育的国家，其变化对我国及周边地区的气候有重要影响，为了提升我国气候预测能力、减轻自然灾害，迫切需要发展冰冻圈－气候模式：冰冻圈作为冻结的水体，对气候变化十分敏感，气候变化影响冰冻圈的变化，反之，冰冻圈的扩展或萎缩会导致参与局地、区域或全球能水循环的能量和水量减少或增加，并伴随着能水平衡的改变使其与气候、水文、环境和生态等之间产生一系列相互作用过程。研究表明，青藏高原冻土和积雪对区域气候有重要影响，主要表现在高原冬、春季积雪与南亚、东亚季风及其与ENSO事件的关系方面。例如，青藏高原冬春季积雪的多寡影响我国气候变化，与我国长江洪水与伏旱密切相关，1998年长江特大洪水、2006年受到全国关注的川、渝大旱就与青藏高原冬春积雪存在着气候上的内在关联。目前对积雪和冻土与气候关系的研究大多为统计关系，在数值模拟研究方面还没有同时考虑积雪和冻土对我国气候变化的影响，在一般使用的气候模式中，对积雪和冻土多以均一下垫面处理或仅考虑地表温度，缺乏合理描述积雪和冻土的物理参数化过程，从而无法较好地研究积雪和冻土对气候变化影响的物理机制，限制了气候模式对重大气候事件的模拟和预测能力。鉴于冰冻圈在气候系统各圈层中的重要作用，2000年世界气候研究计划（WCRP）专门启动了新的核心计划—气候与冰冻圈计划（CliC，Climate and Cryosphere），已将冰冻圈要素作为气候模式中的关键要素给予了高度重视，正在着手发展气候模式中的冰冻圈子模块，以期在全球和区域气候模式上均有所突破，最终发展更加精确的气候系统模式，提高气候变化预测水平。因此，如何充分利用和考虑冰冻圈因素，通过气候与冰冻圈学科的有机交叉，发展适合我国实情的区域气候模式，提高气候预测能力，不仅对于认识自然规律、推动学科发展有重要意义，而且对于减轻自然灾害具有迫切的现实意义。
冰冻圈变化机理研究是认识冰冻圈与其它圈层相互作用关系的纽带，通过对冰冻圈变化机理的系统研究，将为解决限制我国冰冻圈影响研究的理论瓶颈奠定基础：联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）评估报告指出，在受气
候变化影响的诸环境系统中，冰冻圈变化首当其冲，是全球变化最快速、最显著、最具指示性、也是对气候系统影响最直接和最敏感的圈层，被认为是气候系统多圈层相互作用的核心纽带和关键性因素之一。目前为了突破对冰冻圈变化影响研究的瓶颈，各国均加强了对冰冻圈变化机理的研究。这是因为要真正从科学规律上认识冰冻圈变化的影响，首先必须对冰冻圈自身的变化过程及机理有较好认识。问题是冰雪冻土等冰冻圈要素对环境的影响表现有所不同，如在我国冰川对水资源影响意义重大，冻土积雪对寒区生态与水文过程影响突出，积雪冻土对区域气候有显著影响等，这是问题的一个方面；另一方面，由于冰川规模和类型、冻土分布与下垫面水热状况、积雪面积与深度等的不同，对气候的反馈存在很大差异，由此产生的水文、生态和气候影响有很大差异。因此，由观测点到区域、由单条冰川到流域乃至区域冰川、冻土等要素变化的影响及转化关系都有赖于对冰冻圈变化机理的系统化研究。目前冰冻圈变化机理与过程的系统化认识还不够，不仅制约了对冰冻圈变化过程的定量描述和未来趋势的准确预测，而且成为准确辨识冰冻圈变化对水文、生态及气候影响的理论瓶颈。因此，迫切需要通过国家层面的支持，开展基于冰冻圈变化机理与过程系统化的综合集成研究，为寒旱区经济社会可持续发展提供关键科学依据。
冰冻圈变化影响的研究具有很强的学科交叉性，通过冰冻圈变化对我国水资源、生态与气候影响的综合研究，将会极大地推动冰冻圈学科的发展，丰富 “冰冻圈科学”的内容：冰雪冻土通过水热循环过程将气候、水文、生态和环境紧密地联系在一起。因此，冰雪冻土学的研究需要在开展传统冰雪和冻土自身的物理、化学、形成、演化及气候信息研究的基础上，将其产生的气候、水文、水资源、生态与环境效应更紧密的关联在一起，只有从冰冻圈系统的视角出发，对冰雪冻土科学问题进行多学科交叉研究，才能解决冰冻圈对环境影响的科学认识问题。另一方面，由于气候变化的不确定性，加之冰冻圈对区域和全球气候环境变化的响应方式和程度不同，其作用机制也各异，对区域或流域的水循环与水资源、生态环境以及气候的影响存在较大差异，这些都会导致冰冻圈变化影响研究结果的不确定性。为此，需要在不同学科有机融合的基础上，通过不断深化地研究，提高对冰冻圈变化影响认识的准确性。通过本项目的实施，必将深化对冰冻圈变化机理及影响的科学认识水平，提高我国在国际冰冻圈研
究中的地位和影响力，使以青藏高原冰冻圈研究为特色的我国冰冻圈研究的国际地位得到进一步提升，在丰富冰冻圈科学内容的同时，推动冰冻圈科学的发展。
二、研究内容
本项目将以冰冻圈变化机理的系统研究为基础，拟从冰冻圈变化过程及其与气候变化的相互关系研究入手，选择典型区域和关键要素，综合研究冰冻圈变化的气候、水文和生态效应，力图在冰冻圈与气候、冰冻圈与水资源及冰冻圈与生态三方面的研究有所突破。
1、拟解决的关键科学问题
不同类型冰川对气候变化的响应机理及水资源影响评估的尺度转化机制：冰川对气候变化的响应过程十分复杂。简言之，冰川对气候变化的响应过程是通过动力波的传递实现的，动力波传递到冰川末端就会导致冰川的进退。要准确认识冰川变化对水文的影响，必须通过构建基于冰川动力过程的气候响应模型，确定冰川对气候变化响应的时滞关系，从而辨析气候－冰川－水文之间的定量联系。由于冰川对气候变化的响应过程随冰川性质、类型和规模的不同而有很大的差异，为了解空间规律，需要针对不同的冰川类型、选择不同规模的冰川，开展典型研究，为在不同流域和区域尺度上评估冰川变化对水资源的影响提供参数甄选基础。另一方面，如何将单个冰川获得的冰川－气候关系转化到流域乃至区域尺度的冰川作用区，是评估冰川变化对水资源影响的关键所在。为此，需要将在单个冰川上获得的冰川对气候变化的响应关系，通过冰川几何形态、冰川在流域的分布特征、关键气候驱动因素等关系的转化，应用到流域尺度冰川融水量及其变化的计算中，从而为流域尺度冰川变化对水资源的影响提供科学手段。
冻土与植被间水热传输过程的准确模拟：冻土变化对生态系统的影响表现在两个时间尺度上，一是冻土活动层水热状况的改变，直接影响土壤水热传输过程、水份赋存条件，进而影响到生态系统的稳定性。这种影响的时间尺度较短，表现在季节到数十年内；二是多年冻土体的变化，如在气候变暖影响下，冻土厚度减薄、面积减少、南北界线位移、岛状冻土消失等，伴随着冻土的变化，冻土中释放出的大量冻结水通过土壤和大气直接改变地－气间水热循环、改变地表水热收支平衡，影响到生态系统的长期稳定。这种影响的时间尺度从十几年到百年甚至
更长。可见，要更好理解冻土变化对生态系统的影响，需要考虑活动层水热传输过程的影响，也要考虑冻土自身变化导致的水循环过程的改变对生态系统的影响。因此，需要在定位监测基础上，构建将大气、土壤(活动层)、多年冻土有机联系的水热耦合模型，定量描述冻土变化过程中土壤与植被水热传输与交换机理，只有能够较好地模拟冻土变化后的水热传输过程，才能更好理解其对生态系统影响的时间尺度和空间范围。
冰冻圈物理过程参数化及其与气候模式的耦合：冰冻圈作为气候系统的一个重要组成部分，其变化将对气候系统的其他圈层产生重要的反馈作用。在冰冻圈诸要素之中，积雪和冻土对我国气候变化的影响最大。然而，在气候变化的模拟和预测研究中，只是单独考虑积雪或冻土过程对气候变化的反馈作用，还没有完整地考虑积雪和冻土自身的物理过程及其与气候模式的耦合。因此，如何在全球和区域气候模式中同时考虑积雪和冻土物理过程是揭示冰冻圈对我国气候变化的影响机制、提高区域气候预测能力的关键问题，也是国际WCRP/CliC计划中所关注的核心问题。
2、主要研究内容
本项目将主要研究集中在冰冻圈变化机理、冰冻圈变化的影响和适应对策三个方面。
冰冻圈过程及其对气候变化的响应机理研究：本项研究内容在下面几个层次上开展：一是以不同类型监测冰川为对象，通过冰川动力学模型与气候变化信息的相互联系，深入分析冰川变化与气候变化之间的定量关系；二是针对冻土积雪与生态和气候相互作用的特点，将冻土与积雪对气候变化响应机理的研究与其变化对生态和气候的影响研究紧密结合，以实际观测为基础、以模型模拟为手段，模拟冻土与积雪变化过程，剖析冻土与积雪对气候变化的响应机理，为深入研究冰冻圈变化对水资源、生态和气候的影响奠定基础。
冰冻圈变化的影响研究：这是本项目的重点内容。把冰冻圈变化的影响聚焦在水资源、生态和气候三大方面，根据有限目标、突出重点的原则，冰冻圈变化的水文水资源效应主要以干旱区内陆河典型流域为对象，与内容(1)的典型冰川研究紧密结合，同时对普遍关注的喜马拉雅山区冰川变化的水资源影响进行宏观评价；冰冻圈变化的生态效应研究主要以长江黄河源区冻土和积雪与生态关系研
究为重点，通过一维水热传输过程的模拟，分析冻土变化的水循环过程及其对生态系统的影响；冰冻圈变化的气候效应研究主要考虑冰冻圈变化的区域影响，以积雪和冻土变化对气候的影响为重点，研究冰冻圈变化对我国气候影响的内在机制。
冰冻圈变化的适应对策研究：在上述研究的基础上，结合已有的研究积累，通过补缺充实，对过去50年我国冰冻圈变化进行宏观研究，了解我国冰冻圈变化的区域特征。以宏观认识为依据，针对冰冻圈变化的特点，综合考虑自然、社会、经济和人文因素，通过典型实例剖析，提出适合我国冰冻圈作用区特点的科学评价指标，以科学指标为依据、以模型分析为基础、以GIS和决策支持系统为手段，在综合研究、集成分析的基础上，通过构建我国冰冻圈变化的脆弱性评价体系，提出应对我国冰冻圈变化的适应性途径，进而提出应对我国冰冻圈变化的科学对策。
三、预期目标
1、总体目标
针对我国冰冻圈加速变化的现实情况，通过冰冻圈变化过程及其机理的研究，揭示我国冰冻圈变化对水资源、生态和气候影响的内在机制，认识冰冻圈变化对我国生态与环境的影响程度，综合评估冰冻圈变化的脆弱性水平及适应性途径，提出应对冰冻圈未来变化的科学对策，为保障我国冰冻圈作用及影响区可持续发展提供科学依据。通过本项目的研究，将使我国冰冻圈科学研究在现有基础上得以较大提升，尤其是在冰冻圈与气候的定量关系、冰冻圈变化对水资源和生态系统的影响机理、冰冻圈对我国气候影响的内在机制、冰冻圈适应性评价系统的建立等研究方面的理论基础得以加强，丰富冰冻圈科学的内涵，为我国西部生态保护、水资源持续利用和区域气候预测提供重要科学理论和决策依据。
本项目的实施，不仅可稳定和凝聚一批专门从事西部冰冻圈科学研究的科研力量，而且也可吸引一批有志于从事西部资源环境的东部青年科研人员，为西部的发展培育和集聚人才。
2、五年预期目标
(1)科学目标
通过单个、流域和区域尺度冰川变化过程和气候关系的定量分析，建立冰川
－气候响应模型，揭示气候变化对我国冰川的影响机理，为准确认识冰川变化的水文、水资源和生态效应提供理论基础和科学依据。
建立基于冰川、冻土、积雪和气候因素的流域水文模型，揭示流域冰冻圈变
化对径流的影响过程和作用机理，为准确预测冰冻圈变化对水资源的影响提供科学基础。
建立大气、土壤(活动层)、多年冻土有机联系的水热传输模型，揭示冻土变
化对生态系统影响的物理机制，为科学、定量地认识冻土－水文－生态之间的关系提供科学依据。
通过冰冻圈要素的参数化与气候模式的有机联系，系统分析冰冻圈要素对我
国气候影响的内在机制，以准确模拟青藏高原陆面过程、提高区域气候预测能力。
建立冰冻圈变化的脆弱性和适应性评价体系，为适应冰冻圈变化的影响提供
科学决策依据。
(2)国家需求目标
定量评估冰冻圈变化对干旱区水资源影响，提出水资源可持续利用途径。 科学辨识冰冻圈变化对江河源区生态系统的影响机制与未来演变趋势，为国
家寒区生态建设与保护提供科学依据。
发展冰冻圈－气候模式，提高气候预测水平。
给出中国冰冻圈脆弱性分级分区图，通过对冰冻圈变化的社会经济影响综合
分析，提出应对我国冰冻圈变化影响的适应性对策。
(3)科技条件目标
通过本项目实施，可促进我国冰冻圈监测与科学研究的紧密结合，推动冰冻
圈监测项目和内容向满足科学研究实际需要方向发展，带动野外站科学研究水平提升。
项目将生成大量数据，包括为满足研究需要开展强化观测产生的数据，以及
为运行模型而形成的同化数据，不仅可用于本项目研究，而且也将弥补冰冻圈作用区数据不足的缺陷，为今后广泛应用提供基础资料。
(4)人才与队伍建设目标
通过本项目的实施，为培养一批通晓西部资源、环境状况和演变趋势，可为
西部可持续发展贡献才智的科技队伍奠定基础。具体目标是：冰冻圈变化领域：博士5人，引进博士后1人；寒区水文与水资源利用领域：博士5人，硕士6人，引进博士后1人；寒区生态领域：硕士2人，博士2人，引进博士后2人；冰冻圈气候模式研究：博士1～2人，引进“百人计划”1人；冰冻圈影响的适应对策博士1人，硕士3人。
(5)研究成果具体目标
发表学术论文250～300篇，其中SCI、SSCI等重要刊物发表80～100篇，完成专著2～3部。针对干旱区水资源、寒区生态、国际河流等相关问题，提出咨询报告2～3份。
四、研究方案
1、总体思路
以冰川、冻土和积雪为核心要素的冰冻圈系统对我国气候、水文、生态等有着显著影响。目前，冰冻圈对气候变化响应的研究有较好积累，而冰冻圈变化的影响研究相对较为薄弱。本项目针对国家需求与国际前沿热点，以过程－机理－影响－适应为主线，以冰冻圈过程研究为基础，以机理研究为突破口，以冰冻圈变化的水文水资源效应、生态效应和气候效应为重点，以冰冻圈变化的脆弱性与适应性研究为出口，典型区深入剖析与区域综合分析相结合，较为系统地开展冰冻圈变化的影响研究。在国家需求层面提出解决应对气候日趋变暖对冰冻圈加速变化带来的一系列水文、生态与环境问题的对策；在科学前沿方面，通过本项目的研究，丰富和拓展国际冰冻圈科学的内涵和外延，为促进冰冻圈科学发展做出积极贡献。
本项目在研究思路的设计上，以冰冻圈为整体，突出冰冻圈与气候、水文、生态之间的作用机理研究。在具体研究内容上，以冰冻圈各要素与气候、水文和生态密切关联的核心要素为纽带，将冰川变化对流域水文水资源的影响、冻土变化对高原生态系统的影响、积雪与冻土变化对区域气候的影响作为突破的重点，通过冰冻圈与气候、水文和生态学科的有机交叉，深化冰冻圈变化及其影响的认识水平。
2、技术途径
根据上述思路，考虑到我国冰冻圈的作用特点和已有的研究基础，在观测点、流域和区域尺度有针对性地开展不同层次的研究。
(1)在冰冻圈变化过程与机理研究方面，以观测站点为依托，以典型流域为重点，以区域冰川变化为背景，以模型模拟和遥感分析为手段，点、线、面有机结合，开展研究。
以乌鲁木齐河源1号冰川、阿克苏河上游科其喀尔巴契冰川、珠峰北坡的东
绒布冰川、木扎尔特冰川（亚大陆型）、唐古拉山的小冬克玛底冰川（极大陆型）和贡嘎山的海螺沟冰川（海洋型））为三类性质的不同规模典型冰川定位观测资料为基础，构建基于冰川动力学与能量平衡的过程响应模型，研究冰川对气候变化的响应机理。
在上述研究基础上，以乌鲁木齐河、阿克苏河、疏勒河流域为典型冰川流域，
通过构建流域尺度冰川(包括冻土和积雪)对气候变化的响应模型，研究冰川在流域尺度上对气候变化的响应特点、过程与机制，为了解我国干旱区冰川变化对水资源影响奠定科学基础。
开展喜马拉雅山南、北坡东、中、西段代表性地区冰川变化的遥感调查，以
西部长期观测和相关研究资料为基础，通过GIS技术的宏观分析和典型冰川现场考察，系统分析我国冰川资源近几十年来变化的特点，不同类型和规模冰川对气候变化的响应程度，为系统评估冰川变化对我国水资源的影响提供依据。
(2)在冰冻圈变化影响研究方面，以冰川变化对水文水资源影响、冻土变化对水循环与生态影响、积雪与冻土变化对气候影响为重点，针对各自的主要科学问题，在流域和区域尺度开展研究。
在上述对乌鲁木齐河、阿克苏河和疏勒河流域冰川对气候变化响应研究的基
础上，完善基于气候、冰川(冻土和积雪)、水文要素为一体的流域水文模型，分析冰川变化对我国干旱区水资源的影响程度及未来趋势。
以喜马拉雅山冰川变化研究为基础，通过气候、冰川和水资源之间关系的系
统分析，研究喜马拉雅山区南北坡近几十年冰川变化对水资源影响贡献程度，并通过与干旱区研究的对比，为正确认识冰川变化的水资源效应提供科学依据。
以长江和黄河源区为重点，通过研究区不同地点冻土监测数据的分析，建立
一维水热传输模型，分析冻土变化过程中水热条件改变对冻土活动层－植被土壤层－近地表大气水循环的影响及其相互作用机理；在此基础上，构建基于多年冻土、活动层、大气间相互联系的水热传输模型，研究区域尺度上冻土水热变化与生态系统的关系，评估冻土变化对生态系统的影响。
以台站数据为基础、以遥感数据为依托，通过对青藏高原积雪、冻土数据的
同化，为气候模式提供可靠的冰冻圈参数。将冰冻圈参数与区域冰冻圈模型、气候模型相关联，分析其相互关系。在此基础上，构建基于冰冻圈变化影响的区域气候模型，分析冰冻圈对我国气候变化的影响，改进气候模型，提高区域气候预测能力。
(3)在冰冻圈变化的适应研究方面，以典型流域和区域脆弱性和适应性分析为主要内容，探寻我国冰冻圈变化的应对之策。
以乌鲁木齐河、阿克苏河和疏勒河流域为代表，研究冰冻圈变化对干旱区内
陆河流域水－生态－经济影响的特点及其关联因素，开展流域水－生态－经济系统对冰冻圈变化的脆弱性分析，建立流域冰冻圈变化脆弱性评价指标。 以长江和黄河源区为典型研究区，针对高原寒区生态、水文、冻土作用特点
及社会、经济和民族特征，对比和筛选出适合我国高寒地区的冰冻圈变化脆弱性评价指标，综合分析高原自然和社会系统对冰冻圈变化影响的脆弱程度。
在上述研究的基础上，开展冰冻圈变化的适应性分析，针对不同的脆弱性，
建立不同的适应性评价内容，探寻适应不同脆弱程度的适应途径。
通过冰冻圈变化的脆弱性与适应性的典型研究，综合分析我国冰冻圈变化的
主要特征及影响，提出当前(2008～2010年)、未来20年和50年我国应对冰冻圈变化的主要对策。
3、创新点
本项目紧密联系冰冻圈科学研究国际趋势及各方关注的科学问题，以冰冻圈过程及变化规律为研究基础，以冰冻圈变化对我国的影响为主要研究内容，以冰冻圈变化的适应性研究为出口，将气候变化、水资源持续利用、生态环境保护、社会经济可持续发展作为冰冻圈科学研究不可分割的整体，揭示机理、分析影响、
探寻对策，是对我国冰冻圈科学较为系统化、综合性的研究。
系统化的冰冻圈过程与机理研究：在项目的设计中，从机理、影响到适应三大内容中均突出了以冰冻圈变化及其影响的相互作用机理为焦点，强调关联因素之间的定量化研究。根据观测点(微观)、流域(中尺度)到区域(宏观)冰冻圈的作用特点，有选择、有重点的逐次对冰冻圈变化的过程、影响的机制、脆弱性及其适应性进行量化研究，深化对冰冻圈变化机理、影响及其适应性的科学认识水平。
综合性的冰冻圈变化影响研究：本项目将冰冻圈变化对水文、生态和气候的影响作为重点，突出冰冻圈变化的影响研究，在内容和技术途径上均将冰冻圈与水文、生态和气候学科紧密相联，这种多学科交叉性必然要求综合集成，拓展传统上单纯重视冰冻圈变化响应研究的内涵，对全面认识冰冻圈作用机理和影响机制具有重要作用。国际上对冰冻圈变化的影响研究重点是气候和环境(海平面变化)，本项目针对我国冰冻圈的作用特点，将冰冻圈变化影响的研究重点聚焦在水资源、生态和区域气候方面，在丰富学科研究内容的同时，也将深化对冰冻圈影响的科学认识水平，为相关领域的发展和决策提供科学依据。
集成性的冰冻圈变化适应性研究：本项目将冰冻圈机理、冰冻圈变化的影响与脆弱性、适应性研究有机结合，涉及到社会、经济和人文方面的相关理论和方法，需要在自然和社会科学层面进行综合分析。项目在设计中对此给予高度关注，期望通过本项目的实施，使我国冰冻圈科学研究的水平在综合集成层面有较大提升。
4、课题设置
针对国家对冰冻圈研究的迫切需求，围绕主要研究内容和关键科学问题，本项目拟设7个研究课题。围绕冰川变化对水资源影响研究中存在的基础问题，选择不同类型冰川开展系统的机理研究；同时分别在干旱区内陆河流域和喜马拉雅山开展冰冻圈变化对水资源影响的典型研究；针对冻土积雪变化对生态影响的特点，将机理与影响研究放在同一课题，在江河源区开展冻土和积雪变化机理及其对生态影响的研究；在综合考虑冰冻圈要素的基础上，开展积雪冻土对我国气候变化的影响机理研究；同时为了宏观认识我国冰冻圈过去50年的变化特征及预估未来趋势，为脆弱性分析和适应性抉择提供依据，设置冰冻圈变化宏观特征研究课题；依据冰冻圈变化的特征、趋势及影响，提出适应性对策，设置冰冻圈变
化的脆弱性评价和适应性对策课题，从基础研究着手，提出适应冰冻圈变化的科学对策。各课题的设置及关系如下图所示。
课题一：不同性质/规模典型冰川对气候变化的响应机理研究
从冰川性质和冰川规模角度考虑，拟选择乌鲁木齐河源1号冰川、阿克苏河上游科其喀尔巴契冰川、珠峰北坡的东绒布冰川、木扎尔特冰川（亚大陆型）、唐古拉山的小冬克玛底（极大陆型）和贡嘎山的海螺沟冰川（海洋型））为三类性质的不同规模典型冰川，在定位观测的基础上，构建基于能量平衡过程的物质平衡模型，研究不同类型冰川物质平衡对水分和热量变化的敏感性，定量识别驱动不同类型冰川物质平衡变化的关键因子。同时，以这些典型监测冰川为代表，开展基于冰川动力学模型的冰川规模变化模拟，揭示不同类型冰川对气候变化的响应特征、差异及控制机理。
研究目标：阐明不同类型冰川物质平衡/平衡线高度变化的特征、差异和原因；揭示控制不同类型冰川规模变化对气候变化响应的关键过程
研究内容:
不同类型冰川表面物质平衡过程研究：以现有不同性质长期监测冰川为代
表，应用花杆法进行冰川表面物质平衡的同步观测，同时开展消融区和积累区能量平衡观测及降水（雪）梯度观测，通过对比分析，研究不同类型冰川表面物质平衡年内和年际变化过程，并以能量平衡为基础，分析不同类型冰川物质平衡/平衡线高度对气候变化的响应特征；此外，开展冰川物质平衡各类模型的应用与改进试验，探讨流域尺度（或大尺度）冰川物质
平衡/融水径流计算方法。
不同类型冰川规模变化对气候变化的响应：开展三类典型冰川表面运动速
度、冰川温度、末端位置等的定位观测，分析不同性质冰川运动和规模变化特征，应用冰川动力学模型，以各冰川物质平衡观测或重建的物质平衡系列为驱动，模拟不同性质/规模冰川的规模变化对物质平衡变化的响应；以冰川变化调查结果为基础，同步开展冰川流动性参数率定试验，探索流域（或区域）尺度不同性质/规模冰川对气候变化响应模拟的参数优化方法。 典型冰川变化趋势预估：应用上述针对典型冰川的物质平衡模型和一维冰
流模型，结合气候模式输出的未来气候变化情景，模拟三类性质典型冰川规模对预估未来气候变化的响应，探讨不同性质/规模冰川对气候变化响应的差异与特征，同时开展典型监测冰川所在流域不同规模冰川变化的模拟试验（简化动力学模型、统计模型等），为流域尺度冰川规模变化模拟探索简化方案。
与其他课题间的关系:本课题研究结果可为课题2、3流域尺度（或大尺度）冰川变化对水资源的影响研究提供基础，同时为课题6区域冰川变化及其趋势研究提供代表性冰川的基础性观测数据和模型方法。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
课题负责人：任贾文
经费比例：15%
课题二：干旱区典型流域冰冻圈水文过程模拟及水资源变化预测
主要依据冰川变化过程机理的研究结果（物质平衡模型和冰川动力模型），结合冰川编目资料，建立流域尺度的冰川及其径流变化模型，对过去50年典型流域冰川变化进行模拟，并对未来的冰川及其径流的变化做出预测；通过构建包括冰川、积雪和冻土冻融过程的分布式水文模型，评价冰川、积雪和冻土变化对流域水资源的影响，为干旱区区域水资源可持续利用和流域水资源科学管理提供依据。
研究目标：揭示流域尺度冰冻圈变化对水资源的影响机理；评价未来冰冻圈变化对流域水资源的影响。
研究内容：
流域尺度冰川及其径流变化研究: 以乌鲁木齐河、阿克苏河、疏勒河
流域为典型流域，补充相关冰川观测资料，集成冰川物质平衡模型、冰川动力模型和冰川编目资料，构建流域尺度冰川及其径流变化模型（物理模型与统计模型的结合），并依据流域典型冰川变化观测研究结果，对流域冰川变化模型的参数进行优化验证，在此基础上探讨流域内冰川及其径流变化的过程，模拟过去50年典型流域冰川径流的变化。
冰冻圈对流域水文过程影响的机理研究: 通过在典型流域开展冻土、
积雪水文过程的观测，整合流域冰川变化模型、积雪冻土冻融过程水热传输模型，结合遥感资料以及流域已有研究成果，构建包含冰川变化、积雪消融和冻土冻融过程的流域分布式水文模型，探讨寒区流域水循环机理；模拟并分析冰川、积雪、冻土变化对流域水资源的影响。 未来冰冻圈变化对水资源的影响:采用国家气候中心等的气候变化预
测结果，驱动流域水文模型，预估未来20和50年典型流域冰川、积雪、冻土变化及其对流域水资源的影响。
与其他课题间的关系:本项目第一课题冰川物质平衡模型和冰川动力模型和第四课题中关于冻土参数化方案的研究结果系本项目的机理基础，而本课题研究结果直接为第六、七课题提供依据，亦可以为第5课题提供冰川下垫面的变化资料。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
课题负责人：叶柏生
经费比例：15%
课题三：喜马拉雅山区冰川变化对国际河流的影响
选择喜马拉雅山脉3个地段各种规模冰川，开展冰川变化调查，研究喜马拉雅山南、北坡不同规模冰川变化特征，估算喜马拉雅山冰川整体变化和冰川融水量变化，并进一步预估未来冰川融水变化对国际河川径流的影响.
研究目标：揭示喜马拉雅山地区近期冰川变化特征；评估喜马拉雅山冰川融水变化对河流径流的影响。
研究内容：
喜马拉雅山南、北坡冰川变化对比研究: 自西向东选择喜马拉雅山脉
纳木那尼峰、珠穆朗玛峰、南迦巴瓦峰等3个地区，以各区域位于山脉南、北坡的各种规模冰川为研究重点，基于已有历史资料、现场定点监测资料，利用各种遥感资料，开展不同区域冰川变化调查，分析喜马拉雅山地区不同规模冰川变化特征和它们之间的差异，据此并结合喜马拉雅山冰川编目结果所揭示的不同冰川规模数量分布特征，估算喜马拉雅山南、北坡冰川整体变化。
喜马拉雅山冰川融水量及其对国际河川径流的影响评估: 基于喜马拉
雅山脉不同区域冰川变化结果和现场定点水文、气象等观测资料，确定第一课题所建立区域冰川融水计算模型中的相关参数，研究喜马拉雅山南北坡不同区域冰川融水量变化的特征；使用冰川融水模型计算喜马拉雅山南北坡冰川融水量变化，结合河流水文站的径流观测资料，估算喜马拉雅山南、北坡冰川融水对河流径流的贡献率，并进一步预估未来气候变化情况下喜马拉雅山南、北坡冰川融水对国际河川径流的影响。
与其他课题间的关系:本课题使用课题1建立的区域冰川融水模型估算喜马拉雅山冰川融水量，同时为课题6提供典型区域冰川变化数据和课题7提供相关的评估数据。
承担单位：中国气象科学研究院 中国科学院青藏高原研究所
课题负责人：效存德
经费比例：13%
课题四：江河源区冻土积雪变化及其生态效应
本课题以长江黄河源区为研究区域，利用该区域冻土变化长期监测系统，通过高寒生态系统与冻土关系的综合调查，冻土动态过程、坡面和集水区尺度的生态和水文观测试验，构建基于多年冻土、活动层、大气与植被之间相互联系的区域冻土生态水热传输模拟模型，揭示冻土地区高寒生态系统尤其是湿地生态对气候和冻土变化的响应机理，探索全球气候变化下该区域冻土、积雪变化的水文与生态效应。
研究目标：揭示冻土、积雪与高寒生态系统的相互作用机理，阐明冻土积雪
变化对高寒生态系统的影响程度；评估未来气候变化情景下，长江与黄河源区冻土和积雪变化对区域生态和水文的影响
研究内容：
积雪、冻土与植被的耦合作用机理研究: 以青藏高原多年冻土区现有
定位监测场点为基础，通过对不同冻土和植被类型区气候（气温、降水量、湿度等）、冻土（温度、水分、盐分、养分、土壤热流等）、积雪（积雪时间、积雪厚度等）动态过程和植被（盖度、生物量、植株高度、植被群落结构和组成等）生长发育过程的综合定位监测，分析冻融过程中江河源区的冻土、积雪和植被的时空变化规律，基于对冻土活动层水－热耦合过程的模拟，研究特定气候条件下冻融作用、冻土变化以及积雪对活动层水分的影响过程和机理；通过改进国际上现行的描述冻土界面的CoupModel模型，构建江河源区气候－冻土－植被水热耦合模型。
积雪冻土变化对高寒生态系统的影响研究: 采用样带与样点相结合、
探地雷达与遥感技术相结合的技术手段，在江河源区开展冻土特征、生态系统特征的空间同步调查，并与冻土变化定位监测结果相结合，分析不同冻土类型区在不同时期的高寒生态系统变化及其与冻土、积雪的耦合关系；利用上述建立的区域气候－冻土－植被水热耦合机理模型，研究冻土与植被互馈变化的时空演变规律，揭示江河源区冻土与积雪变化对高寒生态系统的影响。
冻土变化对高寒湿地生态系统的影响与反馈作用研究：选择唐古拉山
北坡当曲、沱沱河以及五道梁地区不同气候与地貌单元的典型湿地系统，采用样地对比与遥感技术相结合、湿地土壤化学与泥炭结构变异分析与冻土物探和冻土监测手段相结合，基于上述冻土与植被互馈变化规律，分析冻土变化对高寒湿地生态系统的影响规律，系统阐明江河源区特殊的高寒湿地生态系统演变过程及其驱动因素与作用机制。利用在长江源区唐古拉山和风火山地区典型高寒草甸和高寒湿地生态类型上建立的观测试验小流域，分析高寒湿地生态系统对冻土变化响应的流域水文效应。
未来冻土与积雪变化对高寒生态系统与流域水文过程的影响预测与评
估: 集成上述几方面的研究成果，基于未来气候变化情景，预测分析未来不同时期多年冻土区冻土与积雪变化趋势；分析在气候、冻土以及植被覆盖变化的协同影响下，长江与黄河源区河川径流的可能变化趋势，评估气候及其驱动的冻土积雪变化对源区水文和高寒生态系统的影响。
与其他课题间的关系: 本课题为课题5的冻土积雪陆面参数化提供必要的基础数据与变化动态、积雪冻土与大气水热交换机理模型等；为课题6和课题7提供积雪与冻土相关数据、变化规律与趋势预测所需要的区域模型等。
承担单位：中国科学院成都山地灾害与环境研究所
课题负责人：王根绪
经费比例：13%
第五课题：积雪冻土对我国气候变化的影响机理
基于本项目有关大尺度积雪时空变化的研究结果，诊断分析欧亚大陆积雪与东亚气候变化之间的关系；基于观测研制积雪/冻土的参数化方案，实现积雪/冻土物理过程与全球和高分辨率区域气候模式的耦合，揭示积雪/冻土对我国气候变化的影响机理，提高数值模式的模拟和预测短期气候变化的能力。
研究目标：发展具有对积雪/冻土过程和对东亚气候变化有良好模拟能力的全球和区域气候模式；揭示欧亚大陆高纬度积雪、青藏高原积雪异常的不同配置及相应的冻土过程在东亚季风区大气环流和中国区域降水变化中的作用；研究积雪消融和冻土消冻对我国气候变化的滞后影响。
研究内容：
积雪的时-空变化特征及其对东亚气候变化的可能影响: 对利用站点
观测与卫星遥感数据综合的积雪观测资料，以及本项目相关成果，研究欧亚大陆高纬度地区与青藏高原冬、春季积雪的时-空变化特征，诊断分析欧亚大陆高纬度地区与青藏高原不同区域积雪异常之间的不同配置对东亚地区大气环流和降水的可能影响机制
全球和区域气候模式中的积雪冻土参数化方案: 在青藏高原和东北地
区建立积雪冻土监测点，观测地表与大气之间、积雪和冻土不同分层
之间的能量和水分交换的物理过程，在此基础上在NCAR CAM3全球气候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3中增加并改进与积雪/冻土有关的物理参数化过程，改进气候模式中积雪和冻土对气候变化影响的模拟能力
积雪冻土对气候变化的影响机理: 利用改进后的NCAR CAM3全球气
候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3模拟研究欧亚大陆高纬度和青藏高原积雪/冻土过程对气候变化的反馈作用机理，重点研究积雪融化和冻土冻融对气候变化的滞后影响（积雪/冻土的“水文效应”）
积雪冻土对东亚季风进程和我国降水的影响: 利用改进后的NCAR
CAM3全球气候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3，模拟研究欧亚大陆高纬度和青藏高原积雪/冻土异常的不同配置对东亚大气环流调整、东亚季风进程和对中国降水的影响。
与其它课题间的关系：本课题与项目的其它课题有内在的紧密联系，课题1-4的研究为本课题的积雪/冻土物理过程参数化提供必须的观测依据，而本课题的研究结果对课题6的评估研究提供积雪/冻土对气候变化的反馈依据。
承担单位： 中国气象科学研究院
课题负责人：武炳义
经费比例：12%
课题六：近50年冰冻圈变化时空特征及未来趋势预估
本课题通过对不同区域冰川、冻土、积雪等观测资料与遥感资料的分析，结合课题1、课题2、课题3和课题4等的相关研究结果，从宏观角度分析中国冰冻圈近50年来的空间变化特征。依据不同气候模式对未来气候的预测结果，结合冰川、冻土等与气候的关系模型，分析未来中国冰冻圈的变化趋势。本课题的研究结果将为课题7中关于中国冰冻圈脆弱性评价及其区域划分研究奠定基础。
研究目标：阐明近50年来我国冰川、冻土和积雪的空间变化特征；预估未来不同气候情景下我国冰冻圈的变化趋势。
主要研究内容：
近50年冰川变化空间特征及影响因素研究: 利用本项目相关课题所取
得不同地区冰川物质平衡、冰川规模变化等的相关资料，应用高分辨
率遥感数据、航空照片和冰川编目资料，补充研究藏北高原、冈底斯山等地区近几十年来的冰川变化，完善冰川变化资料的空间覆盖度，分析我国冰川近几十年变化的空间特征。以气象观测资料为基础，结合我国西部冰芯气候记录和NCAR/NCEP等再分析资料，分析我国西部冰川时空变化特征的原因。
近50年积雪变化特征及影响因素研究: 根据气象观测记录和遥感资
料，研究近50年来中国积雪日数、深度及面积等的空间变化特征，分析不同区域积雪变化特征的差异性及其原因，揭示全球变暖情况下我国不同区域积雪变化的特征。根据气象站逐日观测资料，分析0℃气温及0℃地表温度出现及终止日期变化、降水变化、气温变化等对积雪的影响。
近50年冻土变化特征及影响因素研究: 以气象站地温等观测资料为基
础，分析我国季节冻土冻结深度近50年来的空间变化特征，研究季节冻土、瞬时冻土南界近50年来的变化情况，并建立这些变化与气候之间的关系。以青藏公路沿线冻土观测资料为基础，研究活动层厚度、多年冻土南界/下限、地温等近几十年来的变化，并在典型地区分析积雪、土壤水分、气温等变化对多年冻土温度、活动层厚度等的影响。 冰冻圈未来变化趋势预估: 依据不同气候模式对未来气候的预测结
果，结合冰川与气候的定量关系模型，以及冻土、积雪与气候之间的关系，预估未来不同气候情景下不同区域冰川的变化、季节冻土深度与南界的变化、多年冻土活动层与南界/下限的变化以及积雪的变化情况。
与其它课题间的关系：本课题依据课题1~5有关冰冻圈变化的研究结果，为课题7提供分析依据。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 课题负责人：丁永建 经费比例：14%
课题7：冰冻圈变化的脆弱性评价和适应性对策
以上述课题的研究成果为基础，遴选指标建立冰冻圈的脆弱性评估框架，对
冰冻圈的脆弱性进行分级和划分；针对冰冻圈变化影响的生态过程和水资源过程，以阿克苏河流域、乌鲁木齐河流域及江河源区为典型研究区域，在建立脆弱性评价指标体系的基础上，评估冰冻圈变化的脆弱性。然后通过探讨社会资源适应冰冻圈变化的机制，提出适应冰冻圈变化的对策措施。
研究目标：建立冰冻圈脆弱性集成评价框架，评估冰冻圈和冰冻圈变化的脆弱性；阐明社会资源适应冰冻圈变化影响的机理，提出适应冰冻圈变化对策
研究内容：
冰冻圈的脆弱性评估: 根据课题6的研究成果，遴选冰川的敏感性指
标，冻土与积雪的稳定性指标，分析冰冻圈的暴露度、敏感性和自适应性，建立冰冻圈的脆弱性评估框架，对冰冻圈的脆弱性进行分级评价和区域划分。
典型研究流域冰冻圈变化的脆弱性评估: 在阿克苏河、乌鲁木齐河流
域以可计算一般均衡模型的方法建立粮食生产的社会经济遴选情景，并采用公众选择理论遴选出各自的社会经济情景；以预估的气候情景、遴选的社会经济情景为基础，预测流域未来的水资源需求，以水资源的供需平衡分析为主线，以冰冻圈变化对流域水资源系统的影响为依据，选取指标构建脆弱性的评估框架体系，评估现状和未来冰冻圈变化影响的水资源系统的脆弱性。
典型研究区域冰冻圈变化的脆弱性评估: 在江河源区建立畜牧业发展
的社会经济遴选情景，在项目合作单位提供的气候情景，遴选的社会经济情景的基础上，分析气候变化对长江和黄河源区生态系统健康的影响、以净初级生产能力的占用分析为主线，以冰冻圈变化影响生态系统健康的一些关键要素为指标，建立江河源区生态系统脆弱性的评估框架，评估现状和未来冰冻圈影响的典型生态系统的脆弱性。 冰冻圈变化的脆弱性评估：在典型区域和典型流域冰冻圈变化脆弱性
评价的基础上，分析脆弱性指标的相互关系及影响的时空尺度，遴选出影响区域的关键指标，分析冰冻圈变化影响范围内不同人文社会尺度转换的规律和特征，对冰冻圈变化影响的脆弱性作出整体评估。 冰冻圈变化的适应性对策选择: 通过抽样调查的方式综合评价研究区
域的社会资源状况，分析少数民族地区的文化价值观及社会制度规范在环境影响中的作用，在IPAT、ImPACT和ImPACTS等式的概念框架下，采用路径分析方法分析社会资源适应冰冻圈变化的机制；分析典型区域的生态建设工程、典型流域的水利工程等的有效性和可行性；利用公共选择理论，以焦点组调查对话的方式遴选出适应性对策措施集，以成本效益分析，条件估值等方法为手段对适应性对策措施排序，在此基础上进一步分析研究区人文社会尺度转换的规律和特征，提出适应冰冻圈变化的对策措施。
与其它课题间的关系：课题（3）和（6）提供的关于冰冻圈变化的基础研究成果是本项目研究需要的基本数据；同时还要利用课题（2）提供的典型流域出山口径流量数据来评估冰冻圈变化影响的典型流域水资源系统的脆弱性，利用课题（4）提供的冻土变化的生态效应数据来评价冰冻圈变化影响的典型生态系统的脆弱性。本课题是项目研究的出口，目的是在冰冻圈变化脆弱性评价的基础上，为适应冰冻圈变化提供对策措施。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 课题负责人：秦大河 经费比例：17% 五.年度计划
六、科学数据汇交计划
本项目在执行过程中，将及时整理野外观测和实验室分析数据，建立项目内数据共享机制，及时在项目内部各课题之间进行交流。本项目在实施过程中所产生的观测、实验和考察等数据包括以下几个方面：
1、考察、观测数据
冰川监测数据集：冰川物质平衡、运动速度、冰川温度、厚度、末端变化及
同步的气象观测数据
冻土监测数据集：冻土活动层温度、含水量、植被盖度、草地生产力等及同
步的气象观测数据
流域水文数据集：冰川径流（流速、流量）、流域冰川变化、同步水文气象
数据、土壤含水量、土壤类型、植被类型 2、实验分析数据
浅冰芯分析数据集：18O、主要阴阳离子 冰川积累量数据 水、土样品分析数据 3、遥感及再分析资料
遥感资料原始资料：项目各课题购买的TM和SPOT资料 遥感分析资料：冰川变化资料、土地覆被资料、积雪资料 4、水文与气象资料
项目收集的有关气象与水文资料 5、社会经济资料
项目收集到的有关社会与经济方面的资料
项目完成时，将对获取的数据进行归整分类，按科技部要求提供完整数据。 七、主要学术骨干
项目承担单位
国家重点基础研究发展计划（973计划）项目计划任务书
项目编号：2007CB411500
项目名称：我国冰冻圈动态过程及其对气候、水文和生态的影响机理与适应对策
一、立项依据 “冰冻圈”是指地球表层由山地冰川、极地冰盖、积雪、冻土、海冰等固态水组成的圈层，由于其对气候的高度敏感性和重要的反馈作用而倍受关注，从而与大气圈、水圈、岩石圈（陆地表层）、生物圈一起被认为是影响气候系统的五大圈层。我国冰冻圈的主体为冰川、冻土和积雪，分布范围广泛，不仅有重要的气候效应，还是维系干旱区绿洲经济发展和确保寒区生态系统稳定的重要水源保障。作为冰冻圈发育大国，我国的冰冻圈研究不仅具有科学上的重要性，而且显示出其在国家战略需求上的紧迫性，意义重大。
冰冻圈变化对我国的水安全有突出影响，制定科学的西部水资源可持续利用对策，迫切需要定量评估冰冻圈变化的未来趋势及其对水资源的影响：我国是中、低纬度地区冰川、积雪最发育的国家，冰川面积达59425 km2，占全球中、低纬度冰川面积的50%以上，冬季积雪相当于740108m3水量。我国西部冰川分布区是亚洲10条大江大河（长江、黄河、塔里木河、怒江、澜沧江、伊犁河、额尔齐斯河、雅鲁藏布江、印度河、恒河等）的水资源形成区，冰川和积雪对这些江河水资源的形成与变化有着十分突出的影响。在西北内陆干旱区，冰川融水的重要性尤其突出，塔里木河各源流区冰川融水补给比例多在30～80％左
右。作为冰冻圈重要组成部分的冰川，近几十年来变化显著，尤其是近十几年来，冰川呈现出加速变化之势，对我国西部的江、河、湖、沼已产生了明显影响。目前，由于监测冰川少、流域尺度冰川变化对水资源影响研究基础薄弱，有关冰川变化对水资源影响的时空尺度、气候－冰川－水文之间相互联系的数量关系等方面还很不清楚。我国冰川面积广阔、类型多样，过去几十年中冰川变化对水资源到底产生了什么影响、未来变化将会有什么影响？目前的研究还不能系统、准确地回答这一广泛关注、且急需回答的科学问题。
冰冻圈是维系我国西部高寒和干旱区生态系统稳定的基本保障，冰冻圈变化对我国西部生态安全的威胁日益凸显，制定科学的生态保护与治理对策，迫切需要研究和评估冰冻圈变化对生态系统的影响：以冰川、冻土和积雪为核心要素构成的我国冰冻圈系统对寒区生态系统有重要影响。在青藏高原，冰川变化除直接影响着一些大江大河源区的水文情势外，还与高原湖泊消长、沼泽湿地变化有密切联系，冰川变化影响周围地区的水循环过程，进而又影响到源区生态与环境。在我国干旱区内陆河流域，高山冰川－山前绿洲－尾闾湖泊构成的流域生态系统中，冰川进退对绿洲萎扩和湖泊消涨具有重要的调节和稳定作用，冰川是我国绿洲稳定和发展的生命之源。因此在青藏高原，冰川－河流－湖泊－湿地紧密相连，在干旱区内陆河流域，冰川－河流－绿洲－尾闾湖泊不可分割，冰川变化对寒区生态系统具有牵一发而动全身的作用。国家高度关注的诸多西部生态建设与水源保护重大工程（如“三江源”生态与水源保护工程、塔里木河综合治理工程，等等）均与冰川息息相关。在冰冻圈各要素中，冻土由于分布面积广阔，对生态系统影响最大。以青藏高原为主体的我国多年冻土区面积约220104km2，占国土面积的23%。据估算，青藏高原多年冻土含冰量达9500 km3，折合水当量约为86000108m3，是我国冰储量的1.7倍。正是由于青藏高原多年冻土的存在，才有了高原面上降水量不足400mm的江河源区广泛分布的高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统，冻土变化是导致江河源区高寒草甸与沼泽湿地大面积退化的主要原因。总体而言，冰冻圈萎缩，湖泊、湿地水域面积减少，生态退化已是我国冰冻圈地区的基本事实，冰冻圈变化改变寒区水文循环过程，影响生态系统稳定是目前对冰冻圈与生态关系的基本认识，还处于定性认识的水平上。这一问题的复杂性不仅在于地理、地质、生态、水文、
大气等多种学科的交叉，而且还表现在监测、模拟、多尺度、多时空的转化等研究手段和技术途径上。只有正确认识冰冻圈变化的水文和生态效应，并能在不同时空尺度上准确预测，寒区生态建设才能达到事半功倍的效果。
冰冻圈是气候系统的重要组成部分，我国作为中低纬度冰冻圈最发育的国家，其变化对我国及周边地区的气候有重要影响，为了提升我国气候预测能力、减轻自然灾害，迫切需要发展冰冻圈－气候模式：冰冻圈作为冻结的水体，对气候变化十分敏感，气候变化影响冰冻圈的变化，反之，冰冻圈的扩展或萎缩会导致参与局地、区域或全球能水循环的能量和水量减少或增加，并伴随着能水平衡的改变使其与气候、水文、环境和生态等之间产生一系列相互作用过程。研究表明，青藏高原冻土和积雪对区域气候有重要影响，主要表现在高原冬、春季积雪与南亚、东亚季风及其与ENSO事件的关系方面。例如，青藏高原冬春季积雪的多寡影响我国气候变化，与我国长江洪水与伏旱密切相关，1998年长江特大洪水、2006年受到全国关注的川、渝大旱就与青藏高原冬春积雪存在着气候上的内在关联。目前对积雪和冻土与气候关系的研究大多为统计关系，在数值模拟研究方面还没有同时考虑积雪和冻土对我国气候变化的影响，在一般使用的气候模式中，对积雪和冻土多以均一下垫面处理或仅考虑地表温度，缺乏合理描述积雪和冻土的物理参数化过程，从而无法较好地研究积雪和冻土对气候变化影响的物理机制，限制了气候模式对重大气候事件的模拟和预测能力。鉴于冰冻圈在气候系统各圈层中的重要作用，2000年世界气候研究计划（WCRP）专门启动了新的核心计划—气候与冰冻圈计划（CliC，Climate and Cryosphere），已将冰冻圈要素作为气候模式中的关键要素给予了高度重视，正在着手发展气候模式中的冰冻圈子模块，以期在全球和区域气候模式上均有所突破，最终发展更加精确的气候系统模式，提高气候变化预测水平。因此，如何充分利用和考虑冰冻圈因素，通过气候与冰冻圈学科的有机交叉，发展适合我国实情的区域气候模式，提高气候预测能力，不仅对于认识自然规律、推动学科发展有重要意义，而且对于减轻自然灾害具有迫切的现实意义。
冰冻圈变化机理研究是认识冰冻圈与其它圈层相互作用关系的纽带，通过对冰冻圈变化机理的系统研究，将为解决限制我国冰冻圈影响研究的理论瓶颈奠定基础：联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）评估报告指出，在受气
候变化影响的诸环境系统中，冰冻圈变化首当其冲，是全球变化最快速、最显著、最具指示性、也是对气候系统影响最直接和最敏感的圈层，被认为是气候系统多圈层相互作用的核心纽带和关键性因素之一。目前为了突破对冰冻圈变化影响研究的瓶颈，各国均加强了对冰冻圈变化机理的研究。这是因为要真正从科学规律上认识冰冻圈变化的影响，首先必须对冰冻圈自身的变化过程及机理有较好认识。问题是冰雪冻土等冰冻圈要素对环境的影响表现有所不同，如在我国冰川对水资源影响意义重大，冻土积雪对寒区生态与水文过程影响突出，积雪冻土对区域气候有显著影响等，这是问题的一个方面；另一方面，由于冰川规模和类型、冻土分布与下垫面水热状况、积雪面积与深度等的不同，对气候的反馈存在很大差异，由此产生的水文、生态和气候影响有很大差异。因此，由观测点到区域、由单条冰川到流域乃至区域冰川、冻土等要素变化的影响及转化关系都有赖于对冰冻圈变化机理的系统化研究。目前冰冻圈变化机理与过程的系统化认识还不够，不仅制约了对冰冻圈变化过程的定量描述和未来趋势的准确预测，而且成为准确辨识冰冻圈变化对水文、生态及气候影响的理论瓶颈。因此，迫切需要通过国家层面的支持，开展基于冰冻圈变化机理与过程系统化的综合集成研究，为寒旱区经济社会可持续发展提供关键科学依据。
冰冻圈变化影响的研究具有很强的学科交叉性，通过冰冻圈变化对我国水资源、生态与气候影响的综合研究，将会极大地推动冰冻圈学科的发展，丰富 “冰冻圈科学”的内容：冰雪冻土通过水热循环过程将气候、水文、生态和环境紧密地联系在一起。因此，冰雪冻土学的研究需要在开展传统冰雪和冻土自身的物理、化学、形成、演化及气候信息研究的基础上，将其产生的气候、水文、水资源、生态与环境效应更紧密的关联在一起，只有从冰冻圈系统的视角出发，对冰雪冻土科学问题进行多学科交叉研究，才能解决冰冻圈对环境影响的科学认识问题。另一方面，由于气候变化的不确定性，加之冰冻圈对区域和全球气候环境变化的响应方式和程度不同，其作用机制也各异，对区域或流域的水循环与水资源、生态环境以及气候的影响存在较大差异，这些都会导致冰冻圈变化影响研究结果的不确定性。为此，需要在不同学科有机融合的基础上，通过不断深化地研究，提高对冰冻圈变化影响认识的准确性。通过本项目的实施，必将深化对冰冻圈变化机理及影响的科学认识水平，提高我国在国际冰冻圈研
究中的地位和影响力，使以青藏高原冰冻圈研究为特色的我国冰冻圈研究的国际地位得到进一步提升，在丰富冰冻圈科学内容的同时，推动冰冻圈科学的发展。
二、研究内容
本项目将以冰冻圈变化机理的系统研究为基础，拟从冰冻圈变化过程及其与气候变化的相互关系研究入手，选择典型区域和关键要素，综合研究冰冻圈变化的气候、水文和生态效应，力图在冰冻圈与气候、冰冻圈与水资源及冰冻圈与生态三方面的研究有所突破。
1、拟解决的关键科学问题
不同类型冰川对气候变化的响应机理及水资源影响评估的尺度转化机制：冰川对气候变化的响应过程十分复杂。简言之，冰川对气候变化的响应过程是通过动力波的传递实现的，动力波传递到冰川末端就会导致冰川的进退。要准确认识冰川变化对水文的影响，必须通过构建基于冰川动力过程的气候响应模型，确定冰川对气候变化响应的时滞关系，从而辨析气候－冰川－水文之间的定量联系。由于冰川对气候变化的响应过程随冰川性质、类型和规模的不同而有很大的差异，为了解空间规律，需要针对不同的冰川类型、选择不同规模的冰川，开展典型研究，为在不同流域和区域尺度上评估冰川变化对水资源的影响提供参数甄选基础。另一方面，如何将单个冰川获得的冰川－气候关系转化到流域乃至区域尺度的冰川作用区，是评估冰川变化对水资源影响的关键所在。为此，需要将在单个冰川上获得的冰川对气候变化的响应关系，通过冰川几何形态、冰川在流域的分布特征、关键气候驱动因素等关系的转化，应用到流域尺度冰川融水量及其变化的计算中，从而为流域尺度冰川变化对水资源的影响提供科学手段。
冻土与植被间水热传输过程的准确模拟：冻土变化对生态系统的影响表现在两个时间尺度上，一是冻土活动层水热状况的改变，直接影响土壤水热传输过程、水份赋存条件，进而影响到生态系统的稳定性。这种影响的时间尺度较短，表现在季节到数十年内；二是多年冻土体的变化，如在气候变暖影响下，冻土厚度减薄、面积减少、南北界线位移、岛状冻土消失等，伴随着冻土的变化，冻土中释放出的大量冻结水通过土壤和大气直接改变地－气间水热循环、改变地表水热收支平衡，影响到生态系统的长期稳定。这种影响的时间尺度从十几年到百年甚至
更长。可见，要更好理解冻土变化对生态系统的影响，需要考虑活动层水热传输过程的影响，也要考虑冻土自身变化导致的水循环过程的改变对生态系统的影响。因此，需要在定位监测基础上，构建将大气、土壤(活动层)、多年冻土有机联系的水热耦合模型，定量描述冻土变化过程中土壤与植被水热传输与交换机理，只有能够较好地模拟冻土变化后的水热传输过程，才能更好理解其对生态系统影响的时间尺度和空间范围。
冰冻圈物理过程参数化及其与气候模式的耦合：冰冻圈作为气候系统的一个重要组成部分，其变化将对气候系统的其他圈层产生重要的反馈作用。在冰冻圈诸要素之中，积雪和冻土对我国气候变化的影响最大。然而，在气候变化的模拟和预测研究中，只是单独考虑积雪或冻土过程对气候变化的反馈作用，还没有完整地考虑积雪和冻土自身的物理过程及其与气候模式的耦合。因此，如何在全球和区域气候模式中同时考虑积雪和冻土物理过程是揭示冰冻圈对我国气候变化的影响机制、提高区域气候预测能力的关键问题，也是国际WCRP/CliC计划中所关注的核心问题。
2、主要研究内容
本项目将主要研究集中在冰冻圈变化机理、冰冻圈变化的影响和适应对策三个方面。
冰冻圈过程及其对气候变化的响应机理研究：本项研究内容在下面几个层次上开展：一是以不同类型监测冰川为对象，通过冰川动力学模型与气候变化信息的相互联系，深入分析冰川变化与气候变化之间的定量关系；二是针对冻土积雪与生态和气候相互作用的特点，将冻土与积雪对气候变化响应机理的研究与其变化对生态和气候的影响研究紧密结合，以实际观测为基础、以模型模拟为手段，模拟冻土与积雪变化过程，剖析冻土与积雪对气候变化的响应机理，为深入研究冰冻圈变化对水资源、生态和气候的影响奠定基础。
冰冻圈变化的影响研究：这是本项目的重点内容。把冰冻圈变化的影响聚焦在水资源、生态和气候三大方面，根据有限目标、突出重点的原则，冰冻圈变化的水文水资源效应主要以干旱区内陆河典型流域为对象，与内容(1)的典型冰川研究紧密结合，同时对普遍关注的喜马拉雅山区冰川变化的水资源影响进行宏观评价；冰冻圈变化的生态效应研究主要以长江黄河源区冻土和积雪与生态关系研
究为重点，通过一维水热传输过程的模拟，分析冻土变化的水循环过程及其对生态系统的影响；冰冻圈变化的气候效应研究主要考虑冰冻圈变化的区域影响，以积雪和冻土变化对气候的影响为重点，研究冰冻圈变化对我国气候影响的内在机制。
冰冻圈变化的适应对策研究：在上述研究的基础上，结合已有的研究积累，通过补缺充实，对过去50年我国冰冻圈变化进行宏观研究，了解我国冰冻圈变化的区域特征。以宏观认识为依据，针对冰冻圈变化的特点，综合考虑自然、社会、经济和人文因素，通过典型实例剖析，提出适合我国冰冻圈作用区特点的科学评价指标，以科学指标为依据、以模型分析为基础、以GIS和决策支持系统为手段，在综合研究、集成分析的基础上，通过构建我国冰冻圈变化的脆弱性评价体系，提出应对我国冰冻圈变化的适应性途径，进而提出应对我国冰冻圈变化的科学对策。
三、预期目标
1、总体目标
针对我国冰冻圈加速变化的现实情况，通过冰冻圈变化过程及其机理的研究，揭示我国冰冻圈变化对水资源、生态和气候影响的内在机制，认识冰冻圈变化对我国生态与环境的影响程度，综合评估冰冻圈变化的脆弱性水平及适应性途径，提出应对冰冻圈未来变化的科学对策，为保障我国冰冻圈作用及影响区可持续发展提供科学依据。通过本项目的研究，将使我国冰冻圈科学研究在现有基础上得以较大提升，尤其是在冰冻圈与气候的定量关系、冰冻圈变化对水资源和生态系统的影响机理、冰冻圈对我国气候影响的内在机制、冰冻圈适应性评价系统的建立等研究方面的理论基础得以加强，丰富冰冻圈科学的内涵，为我国西部生态保护、水资源持续利用和区域气候预测提供重要科学理论和决策依据。
本项目的实施，不仅可稳定和凝聚一批专门从事西部冰冻圈科学研究的科研力量，而且也可吸引一批有志于从事西部资源环境的东部青年科研人员，为西部的发展培育和集聚人才。
2、五年预期目标
(1)科学目标
通过单个、流域和区域尺度冰川变化过程和气候关系的定量分析，建立冰川
－气候响应模型，揭示气候变化对我国冰川的影响机理，为准确认识冰川变化的水文、水资源和生态效应提供理论基础和科学依据。
建立基于冰川、冻土、积雪和气候因素的流域水文模型，揭示流域冰冻圈变
化对径流的影响过程和作用机理，为准确预测冰冻圈变化对水资源的影响提供科学基础。
建立大气、土壤(活动层)、多年冻土有机联系的水热传输模型，揭示冻土变
化对生态系统影响的物理机制，为科学、定量地认识冻土－水文－生态之间的关系提供科学依据。
通过冰冻圈要素的参数化与气候模式的有机联系，系统分析冰冻圈要素对我
国气候影响的内在机制，以准确模拟青藏高原陆面过程、提高区域气候预测能力。
建立冰冻圈变化的脆弱性和适应性评价体系，为适应冰冻圈变化的影响提供
科学决策依据。
(2)国家需求目标
定量评估冰冻圈变化对干旱区水资源影响，提出水资源可持续利用途径。 科学辨识冰冻圈变化对江河源区生态系统的影响机制与未来演变趋势，为国
家寒区生态建设与保护提供科学依据。
发展冰冻圈－气候模式，提高气候预测水平。
给出中国冰冻圈脆弱性分级分区图，通过对冰冻圈变化的社会经济影响综合
分析，提出应对我国冰冻圈变化影响的适应性对策。
(3)科技条件目标
通过本项目实施，可促进我国冰冻圈监测与科学研究的紧密结合，推动冰冻
圈监测项目和内容向满足科学研究实际需要方向发展，带动野外站科学研究水平提升。
项目将生成大量数据，包括为满足研究需要开展强化观测产生的数据，以及
为运行模型而形成的同化数据，不仅可用于本项目研究，而且也将弥补冰冻圈作用区数据不足的缺陷，为今后广泛应用提供基础资料。
(4)人才与队伍建设目标
通过本项目的实施，为培养一批通晓西部资源、环境状况和演变趋势，可为
西部可持续发展贡献才智的科技队伍奠定基础。具体目标是：冰冻圈变化领域：博士5人，引进博士后1人；寒区水文与水资源利用领域：博士5人，硕士6人，引进博士后1人；寒区生态领域：硕士2人，博士2人，引进博士后2人；冰冻圈气候模式研究：博士1～2人，引进“百人计划”1人；冰冻圈影响的适应对策博士1人，硕士3人。
(5)研究成果具体目标
发表学术论文250～300篇，其中SCI、SSCI等重要刊物发表80～100篇，完成专著2～3部。针对干旱区水资源、寒区生态、国际河流等相关问题，提出咨询报告2～3份。
四、研究方案
1、总体思路
以冰川、冻土和积雪为核心要素的冰冻圈系统对我国气候、水文、生态等有着显著影响。目前，冰冻圈对气候变化响应的研究有较好积累，而冰冻圈变化的影响研究相对较为薄弱。本项目针对国家需求与国际前沿热点，以过程－机理－影响－适应为主线，以冰冻圈过程研究为基础，以机理研究为突破口，以冰冻圈变化的水文水资源效应、生态效应和气候效应为重点，以冰冻圈变化的脆弱性与适应性研究为出口，典型区深入剖析与区域综合分析相结合，较为系统地开展冰冻圈变化的影响研究。在国家需求层面提出解决应对气候日趋变暖对冰冻圈加速变化带来的一系列水文、生态与环境问题的对策；在科学前沿方面，通过本项目的研究，丰富和拓展国际冰冻圈科学的内涵和外延，为促进冰冻圈科学发展做出积极贡献。
本项目在研究思路的设计上，以冰冻圈为整体，突出冰冻圈与气候、水文、生态之间的作用机理研究。在具体研究内容上，以冰冻圈各要素与气候、水文和生态密切关联的核心要素为纽带，将冰川变化对流域水文水资源的影响、冻土变化对高原生态系统的影响、积雪与冻土变化对区域气候的影响作为突破的重点，通过冰冻圈与气候、水文和生态学科的有机交叉，深化冰冻圈变化及其影响的认识水平。
2、技术途径
根据上述思路，考虑到我国冰冻圈的作用特点和已有的研究基础，在观测点、流域和区域尺度有针对性地开展不同层次的研究。
(1)在冰冻圈变化过程与机理研究方面，以观测站点为依托，以典型流域为重点，以区域冰川变化为背景，以模型模拟和遥感分析为手段，点、线、面有机结合，开展研究。
以乌鲁木齐河源1号冰川、阿克苏河上游科其喀尔巴契冰川、珠峰北坡的东
绒布冰川、木扎尔特冰川（亚大陆型）、唐古拉山的小冬克玛底冰川（极大陆型）和贡嘎山的海螺沟冰川（海洋型））为三类性质的不同规模典型冰川定位观测资料为基础，构建基于冰川动力学与能量平衡的过程响应模型，研究冰川对气候变化的响应机理。
在上述研究基础上，以乌鲁木齐河、阿克苏河、疏勒河流域为典型冰川流域，
通过构建流域尺度冰川(包括冻土和积雪)对气候变化的响应模型，研究冰川在流域尺度上对气候变化的响应特点、过程与机制，为了解我国干旱区冰川变化对水资源影响奠定科学基础。
开展喜马拉雅山南、北坡东、中、西段代表性地区冰川变化的遥感调查，以
西部长期观测和相关研究资料为基础，通过GIS技术的宏观分析和典型冰川现场考察，系统分析我国冰川资源近几十年来变化的特点，不同类型和规模冰川对气候变化的响应程度，为系统评估冰川变化对我国水资源的影响提供依据。
(2)在冰冻圈变化影响研究方面，以冰川变化对水文水资源影响、冻土变化对水循环与生态影响、积雪与冻土变化对气候影响为重点，针对各自的主要科学问题，在流域和区域尺度开展研究。
在上述对乌鲁木齐河、阿克苏河和疏勒河流域冰川对气候变化响应研究的基
础上，完善基于气候、冰川(冻土和积雪)、水文要素为一体的流域水文模型，分析冰川变化对我国干旱区水资源的影响程度及未来趋势。
以喜马拉雅山冰川变化研究为基础，通过气候、冰川和水资源之间关系的系
统分析，研究喜马拉雅山区南北坡近几十年冰川变化对水资源影响贡献程度，并通过与干旱区研究的对比，为正确认识冰川变化的水资源效应提供科学依据。
以长江和黄河源区为重点，通过研究区不同地点冻土监测数据的分析，建立
一维水热传输模型，分析冻土变化过程中水热条件改变对冻土活动层－植被土壤层－近地表大气水循环的影响及其相互作用机理；在此基础上，构建基于多年冻土、活动层、大气间相互联系的水热传输模型，研究区域尺度上冻土水热变化与生态系统的关系，评估冻土变化对生态系统的影响。
以台站数据为基础、以遥感数据为依托，通过对青藏高原积雪、冻土数据的
同化，为气候模式提供可靠的冰冻圈参数。将冰冻圈参数与区域冰冻圈模型、气候模型相关联，分析其相互关系。在此基础上，构建基于冰冻圈变化影响的区域气候模型，分析冰冻圈对我国气候变化的影响，改进气候模型，提高区域气候预测能力。
(3)在冰冻圈变化的适应研究方面，以典型流域和区域脆弱性和适应性分析为主要内容，探寻我国冰冻圈变化的应对之策。
以乌鲁木齐河、阿克苏河和疏勒河流域为代表，研究冰冻圈变化对干旱区内
陆河流域水－生态－经济影响的特点及其关联因素，开展流域水－生态－经济系统对冰冻圈变化的脆弱性分析，建立流域冰冻圈变化脆弱性评价指标。 以长江和黄河源区为典型研究区，针对高原寒区生态、水文、冻土作用特点
及社会、经济和民族特征，对比和筛选出适合我国高寒地区的冰冻圈变化脆弱性评价指标，综合分析高原自然和社会系统对冰冻圈变化影响的脆弱程度。
在上述研究的基础上，开展冰冻圈变化的适应性分析，针对不同的脆弱性，
建立不同的适应性评价内容，探寻适应不同脆弱程度的适应途径。
通过冰冻圈变化的脆弱性与适应性的典型研究，综合分析我国冰冻圈变化的
主要特征及影响，提出当前(2008～2010年)、未来20年和50年我国应对冰冻圈变化的主要对策。
3、创新点
本项目紧密联系冰冻圈科学研究国际趋势及各方关注的科学问题，以冰冻圈过程及变化规律为研究基础，以冰冻圈变化对我国的影响为主要研究内容，以冰冻圈变化的适应性研究为出口，将气候变化、水资源持续利用、生态环境保护、社会经济可持续发展作为冰冻圈科学研究不可分割的整体，揭示机理、分析影响、
探寻对策，是对我国冰冻圈科学较为系统化、综合性的研究。
系统化的冰冻圈过程与机理研究：在项目的设计中，从机理、影响到适应三大内容中均突出了以冰冻圈变化及其影响的相互作用机理为焦点，强调关联因素之间的定量化研究。根据观测点(微观)、流域(中尺度)到区域(宏观)冰冻圈的作用特点，有选择、有重点的逐次对冰冻圈变化的过程、影响的机制、脆弱性及其适应性进行量化研究，深化对冰冻圈变化机理、影响及其适应性的科学认识水平。
综合性的冰冻圈变化影响研究：本项目将冰冻圈变化对水文、生态和气候的影响作为重点，突出冰冻圈变化的影响研究，在内容和技术途径上均将冰冻圈与水文、生态和气候学科紧密相联，这种多学科交叉性必然要求综合集成，拓展传统上单纯重视冰冻圈变化响应研究的内涵，对全面认识冰冻圈作用机理和影响机制具有重要作用。国际上对冰冻圈变化的影响研究重点是气候和环境(海平面变化)，本项目针对我国冰冻圈的作用特点，将冰冻圈变化影响的研究重点聚焦在水资源、生态和区域气候方面，在丰富学科研究内容的同时，也将深化对冰冻圈影响的科学认识水平，为相关领域的发展和决策提供科学依据。
集成性的冰冻圈变化适应性研究：本项目将冰冻圈机理、冰冻圈变化的影响与脆弱性、适应性研究有机结合，涉及到社会、经济和人文方面的相关理论和方法，需要在自然和社会科学层面进行综合分析。项目在设计中对此给予高度关注，期望通过本项目的实施，使我国冰冻圈科学研究的水平在综合集成层面有较大提升。
4、课题设置
针对国家对冰冻圈研究的迫切需求，围绕主要研究内容和关键科学问题，本项目拟设7个研究课题。围绕冰川变化对水资源影响研究中存在的基础问题，选择不同类型冰川开展系统的机理研究；同时分别在干旱区内陆河流域和喜马拉雅山开展冰冻圈变化对水资源影响的典型研究；针对冻土积雪变化对生态影响的特点，将机理与影响研究放在同一课题，在江河源区开展冻土和积雪变化机理及其对生态影响的研究；在综合考虑冰冻圈要素的基础上，开展积雪冻土对我国气候变化的影响机理研究；同时为了宏观认识我国冰冻圈过去50年的变化特征及预估未来趋势，为脆弱性分析和适应性抉择提供依据，设置冰冻圈变化宏观特征研究课题；依据冰冻圈变化的特征、趋势及影响，提出适应性对策，设置冰冻圈变
化的脆弱性评价和适应性对策课题，从基础研究着手，提出适应冰冻圈变化的科学对策。各课题的设置及关系如下图所示。
课题一：不同性质/规模典型冰川对气候变化的响应机理研究
从冰川性质和冰川规模角度考虑，拟选择乌鲁木齐河源1号冰川、阿克苏河上游科其喀尔巴契冰川、珠峰北坡的东绒布冰川、木扎尔特冰川（亚大陆型）、唐古拉山的小冬克玛底（极大陆型）和贡嘎山的海螺沟冰川（海洋型））为三类性质的不同规模典型冰川，在定位观测的基础上，构建基于能量平衡过程的物质平衡模型，研究不同类型冰川物质平衡对水分和热量变化的敏感性，定量识别驱动不同类型冰川物质平衡变化的关键因子。同时，以这些典型监测冰川为代表，开展基于冰川动力学模型的冰川规模变化模拟，揭示不同类型冰川对气候变化的响应特征、差异及控制机理。
研究目标：阐明不同类型冰川物质平衡/平衡线高度变化的特征、差异和原因；揭示控制不同类型冰川规模变化对气候变化响应的关键过程
研究内容:
不同类型冰川表面物质平衡过程研究：以现有不同性质长期监测冰川为代
表，应用花杆法进行冰川表面物质平衡的同步观测，同时开展消融区和积累区能量平衡观测及降水（雪）梯度观测，通过对比分析，研究不同类型冰川表面物质平衡年内和年际变化过程，并以能量平衡为基础，分析不同类型冰川物质平衡/平衡线高度对气候变化的响应特征；此外，开展冰川物质平衡各类模型的应用与改进试验，探讨流域尺度（或大尺度）冰川物质
平衡/融水径流计算方法。
不同类型冰川规模变化对气候变化的响应：开展三类典型冰川表面运动速
度、冰川温度、末端位置等的定位观测，分析不同性质冰川运动和规模变化特征，应用冰川动力学模型，以各冰川物质平衡观测或重建的物质平衡系列为驱动，模拟不同性质/规模冰川的规模变化对物质平衡变化的响应；以冰川变化调查结果为基础，同步开展冰川流动性参数率定试验，探索流域（或区域）尺度不同性质/规模冰川对气候变化响应模拟的参数优化方法。 典型冰川变化趋势预估：应用上述针对典型冰川的物质平衡模型和一维冰
流模型，结合气候模式输出的未来气候变化情景，模拟三类性质典型冰川规模对预估未来气候变化的响应，探讨不同性质/规模冰川对气候变化响应的差异与特征，同时开展典型监测冰川所在流域不同规模冰川变化的模拟试验（简化动力学模型、统计模型等），为流域尺度冰川规模变化模拟探索简化方案。
与其他课题间的关系:本课题研究结果可为课题2、3流域尺度（或大尺度）冰川变化对水资源的影响研究提供基础，同时为课题6区域冰川变化及其趋势研究提供代表性冰川的基础性观测数据和模型方法。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
课题负责人：任贾文
经费比例：15%
课题二：干旱区典型流域冰冻圈水文过程模拟及水资源变化预测
主要依据冰川变化过程机理的研究结果（物质平衡模型和冰川动力模型），结合冰川编目资料，建立流域尺度的冰川及其径流变化模型，对过去50年典型流域冰川变化进行模拟，并对未来的冰川及其径流的变化做出预测；通过构建包括冰川、积雪和冻土冻融过程的分布式水文模型，评价冰川、积雪和冻土变化对流域水资源的影响，为干旱区区域水资源可持续利用和流域水资源科学管理提供依据。
研究目标：揭示流域尺度冰冻圈变化对水资源的影响机理；评价未来冰冻圈变化对流域水资源的影响。
研究内容：
流域尺度冰川及其径流变化研究: 以乌鲁木齐河、阿克苏河、疏勒河
流域为典型流域，补充相关冰川观测资料，集成冰川物质平衡模型、冰川动力模型和冰川编目资料，构建流域尺度冰川及其径流变化模型（物理模型与统计模型的结合），并依据流域典型冰川变化观测研究结果，对流域冰川变化模型的参数进行优化验证，在此基础上探讨流域内冰川及其径流变化的过程，模拟过去50年典型流域冰川径流的变化。
冰冻圈对流域水文过程影响的机理研究: 通过在典型流域开展冻土、
积雪水文过程的观测，整合流域冰川变化模型、积雪冻土冻融过程水热传输模型，结合遥感资料以及流域已有研究成果，构建包含冰川变化、积雪消融和冻土冻融过程的流域分布式水文模型，探讨寒区流域水循环机理；模拟并分析冰川、积雪、冻土变化对流域水资源的影响。 未来冰冻圈变化对水资源的影响:采用国家气候中心等的气候变化预
测结果，驱动流域水文模型，预估未来20和50年典型流域冰川、积雪、冻土变化及其对流域水资源的影响。
与其他课题间的关系:本项目第一课题冰川物质平衡模型和冰川动力模型和第四课题中关于冻土参数化方案的研究结果系本项目的机理基础，而本课题研究结果直接为第六、七课题提供依据，亦可以为第5课题提供冰川下垫面的变化资料。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
课题负责人：叶柏生
经费比例：15%
课题三：喜马拉雅山区冰川变化对国际河流的影响
选择喜马拉雅山脉3个地段各种规模冰川，开展冰川变化调查，研究喜马拉雅山南、北坡不同规模冰川变化特征，估算喜马拉雅山冰川整体变化和冰川融水量变化，并进一步预估未来冰川融水变化对国际河川径流的影响.
研究目标：揭示喜马拉雅山地区近期冰川变化特征；评估喜马拉雅山冰川融水变化对河流径流的影响。
研究内容：
喜马拉雅山南、北坡冰川变化对比研究: 自西向东选择喜马拉雅山脉
纳木那尼峰、珠穆朗玛峰、南迦巴瓦峰等3个地区，以各区域位于山脉南、北坡的各种规模冰川为研究重点，基于已有历史资料、现场定点监测资料，利用各种遥感资料，开展不同区域冰川变化调查，分析喜马拉雅山地区不同规模冰川变化特征和它们之间的差异，据此并结合喜马拉雅山冰川编目结果所揭示的不同冰川规模数量分布特征，估算喜马拉雅山南、北坡冰川整体变化。
喜马拉雅山冰川融水量及其对国际河川径流的影响评估: 基于喜马拉
雅山脉不同区域冰川变化结果和现场定点水文、气象等观测资料，确定第一课题所建立区域冰川融水计算模型中的相关参数，研究喜马拉雅山南北坡不同区域冰川融水量变化的特征；使用冰川融水模型计算喜马拉雅山南北坡冰川融水量变化，结合河流水文站的径流观测资料，估算喜马拉雅山南、北坡冰川融水对河流径流的贡献率，并进一步预估未来气候变化情况下喜马拉雅山南、北坡冰川融水对国际河川径流的影响。
与其他课题间的关系:本课题使用课题1建立的区域冰川融水模型估算喜马拉雅山冰川融水量，同时为课题6提供典型区域冰川变化数据和课题7提供相关的评估数据。
承担单位：中国气象科学研究院 中国科学院青藏高原研究所
课题负责人：效存德
经费比例：13%
课题四：江河源区冻土积雪变化及其生态效应
本课题以长江黄河源区为研究区域，利用该区域冻土变化长期监测系统，通过高寒生态系统与冻土关系的综合调查，冻土动态过程、坡面和集水区尺度的生态和水文观测试验，构建基于多年冻土、活动层、大气与植被之间相互联系的区域冻土生态水热传输模拟模型，揭示冻土地区高寒生态系统尤其是湿地生态对气候和冻土变化的响应机理，探索全球气候变化下该区域冻土、积雪变化的水文与生态效应。
研究目标：揭示冻土、积雪与高寒生态系统的相互作用机理，阐明冻土积雪
变化对高寒生态系统的影响程度；评估未来气候变化情景下，长江与黄河源区冻土和积雪变化对区域生态和水文的影响
研究内容：
积雪、冻土与植被的耦合作用机理研究: 以青藏高原多年冻土区现有
定位监测场点为基础，通过对不同冻土和植被类型区气候（气温、降水量、湿度等）、冻土（温度、水分、盐分、养分、土壤热流等）、积雪（积雪时间、积雪厚度等）动态过程和植被（盖度、生物量、植株高度、植被群落结构和组成等）生长发育过程的综合定位监测，分析冻融过程中江河源区的冻土、积雪和植被的时空变化规律，基于对冻土活动层水－热耦合过程的模拟，研究特定气候条件下冻融作用、冻土变化以及积雪对活动层水分的影响过程和机理；通过改进国际上现行的描述冻土界面的CoupModel模型，构建江河源区气候－冻土－植被水热耦合模型。
积雪冻土变化对高寒生态系统的影响研究: 采用样带与样点相结合、
探地雷达与遥感技术相结合的技术手段，在江河源区开展冻土特征、生态系统特征的空间同步调查，并与冻土变化定位监测结果相结合，分析不同冻土类型区在不同时期的高寒生态系统变化及其与冻土、积雪的耦合关系；利用上述建立的区域气候－冻土－植被水热耦合机理模型，研究冻土与植被互馈变化的时空演变规律，揭示江河源区冻土与积雪变化对高寒生态系统的影响。
冻土变化对高寒湿地生态系统的影响与反馈作用研究：选择唐古拉山
北坡当曲、沱沱河以及五道梁地区不同气候与地貌单元的典型湿地系统，采用样地对比与遥感技术相结合、湿地土壤化学与泥炭结构变异分析与冻土物探和冻土监测手段相结合，基于上述冻土与植被互馈变化规律，分析冻土变化对高寒湿地生态系统的影响规律，系统阐明江河源区特殊的高寒湿地生态系统演变过程及其驱动因素与作用机制。利用在长江源区唐古拉山和风火山地区典型高寒草甸和高寒湿地生态类型上建立的观测试验小流域，分析高寒湿地生态系统对冻土变化响应的流域水文效应。
未来冻土与积雪变化对高寒生态系统与流域水文过程的影响预测与评
估: 集成上述几方面的研究成果，基于未来气候变化情景，预测分析未来不同时期多年冻土区冻土与积雪变化趋势；分析在气候、冻土以及植被覆盖变化的协同影响下，长江与黄河源区河川径流的可能变化趋势，评估气候及其驱动的冻土积雪变化对源区水文和高寒生态系统的影响。
与其他课题间的关系: 本课题为课题5的冻土积雪陆面参数化提供必要的基础数据与变化动态、积雪冻土与大气水热交换机理模型等；为课题6和课题7提供积雪与冻土相关数据、变化规律与趋势预测所需要的区域模型等。
承担单位：中国科学院成都山地灾害与环境研究所
课题负责人：王根绪
经费比例：13%
第五课题：积雪冻土对我国气候变化的影响机理
基于本项目有关大尺度积雪时空变化的研究结果，诊断分析欧亚大陆积雪与东亚气候变化之间的关系；基于观测研制积雪/冻土的参数化方案，实现积雪/冻土物理过程与全球和高分辨率区域气候模式的耦合，揭示积雪/冻土对我国气候变化的影响机理，提高数值模式的模拟和预测短期气候变化的能力。
研究目标：发展具有对积雪/冻土过程和对东亚气候变化有良好模拟能力的全球和区域气候模式；揭示欧亚大陆高纬度积雪、青藏高原积雪异常的不同配置及相应的冻土过程在东亚季风区大气环流和中国区域降水变化中的作用；研究积雪消融和冻土消冻对我国气候变化的滞后影响。
研究内容：
积雪的时-空变化特征及其对东亚气候变化的可能影响: 对利用站点
观测与卫星遥感数据综合的积雪观测资料，以及本项目相关成果，研究欧亚大陆高纬度地区与青藏高原冬、春季积雪的时-空变化特征，诊断分析欧亚大陆高纬度地区与青藏高原不同区域积雪异常之间的不同配置对东亚地区大气环流和降水的可能影响机制
全球和区域气候模式中的积雪冻土参数化方案: 在青藏高原和东北地
区建立积雪冻土监测点，观测地表与大气之间、积雪和冻土不同分层
之间的能量和水分交换的物理过程，在此基础上在NCAR CAM3全球气候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3中增加并改进与积雪/冻土有关的物理参数化过程，改进气候模式中积雪和冻土对气候变化影响的模拟能力
积雪冻土对气候变化的影响机理: 利用改进后的NCAR CAM3全球气
候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3模拟研究欧亚大陆高纬度和青藏高原积雪/冻土过程对气候变化的反馈作用机理，重点研究积雪融化和冻土冻融对气候变化的滞后影响（积雪/冻土的“水文效应”）
积雪冻土对东亚季风进程和我国降水的影响: 利用改进后的NCAR
CAM3全球气候模式和高分辨率区域气候模式RegCM3，模拟研究欧亚大陆高纬度和青藏高原积雪/冻土异常的不同配置对东亚大气环流调整、东亚季风进程和对中国降水的影响。
与其它课题间的关系：本课题与项目的其它课题有内在的紧密联系，课题1-4的研究为本课题的积雪/冻土物理过程参数化提供必须的观测依据，而本课题的研究结果对课题6的评估研究提供积雪/冻土对气候变化的反馈依据。
承担单位： 中国气象科学研究院
课题负责人：武炳义
经费比例：12%
课题六：近50年冰冻圈变化时空特征及未来趋势预估
本课题通过对不同区域冰川、冻土、积雪等观测资料与遥感资料的分析，结合课题1、课题2、课题3和课题4等的相关研究结果，从宏观角度分析中国冰冻圈近50年来的空间变化特征。依据不同气候模式对未来气候的预测结果，结合冰川、冻土等与气候的关系模型，分析未来中国冰冻圈的变化趋势。本课题的研究结果将为课题7中关于中国冰冻圈脆弱性评价及其区域划分研究奠定基础。
研究目标：阐明近50年来我国冰川、冻土和积雪的空间变化特征；预估未来不同气候情景下我国冰冻圈的变化趋势。
主要研究内容：
近50年冰川变化空间特征及影响因素研究: 利用本项目相关课题所取
得不同地区冰川物质平衡、冰川规模变化等的相关资料，应用高分辨
率遥感数据、航空照片和冰川编目资料，补充研究藏北高原、冈底斯山等地区近几十年来的冰川变化，完善冰川变化资料的空间覆盖度，分析我国冰川近几十年变化的空间特征。以气象观测资料为基础，结合我国西部冰芯气候记录和NCAR/NCEP等再分析资料，分析我国西部冰川时空变化特征的原因。
近50年积雪变化特征及影响因素研究: 根据气象观测记录和遥感资
料，研究近50年来中国积雪日数、深度及面积等的空间变化特征，分析不同区域积雪变化特征的差异性及其原因，揭示全球变暖情况下我国不同区域积雪变化的特征。根据气象站逐日观测资料，分析0℃气温及0℃地表温度出现及终止日期变化、降水变化、气温变化等对积雪的影响。
近50年冻土变化特征及影响因素研究: 以气象站地温等观测资料为基
础，分析我国季节冻土冻结深度近50年来的空间变化特征，研究季节冻土、瞬时冻土南界近50年来的变化情况，并建立这些变化与气候之间的关系。以青藏公路沿线冻土观测资料为基础，研究活动层厚度、多年冻土南界/下限、地温等近几十年来的变化，并在典型地区分析积雪、土壤水分、气温等变化对多年冻土温度、活动层厚度等的影响。 冰冻圈未来变化趋势预估: 依据不同气候模式对未来气候的预测结
果，结合冰川与气候的定量关系模型，以及冻土、积雪与气候之间的关系，预估未来不同气候情景下不同区域冰川的变化、季节冻土深度与南界的变化、多年冻土活动层与南界/下限的变化以及积雪的变化情况。
与其它课题间的关系：本课题依据课题1~5有关冰冻圈变化的研究结果，为课题7提供分析依据。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 课题负责人：丁永建 经费比例：14%
课题7：冰冻圈变化的脆弱性评价和适应性对策
以上述课题的研究成果为基础，遴选指标建立冰冻圈的脆弱性评估框架，对
冰冻圈的脆弱性进行分级和划分；针对冰冻圈变化影响的生态过程和水资源过程，以阿克苏河流域、乌鲁木齐河流域及江河源区为典型研究区域，在建立脆弱性评价指标体系的基础上，评估冰冻圈变化的脆弱性。然后通过探讨社会资源适应冰冻圈变化的机制，提出适应冰冻圈变化的对策措施。
研究目标：建立冰冻圈脆弱性集成评价框架，评估冰冻圈和冰冻圈变化的脆弱性；阐明社会资源适应冰冻圈变化影响的机理，提出适应冰冻圈变化对策
研究内容：
冰冻圈的脆弱性评估: 根据课题6的研究成果，遴选冰川的敏感性指
标，冻土与积雪的稳定性指标，分析冰冻圈的暴露度、敏感性和自适应性，建立冰冻圈的脆弱性评估框架，对冰冻圈的脆弱性进行分级评价和区域划分。
典型研究流域冰冻圈变化的脆弱性评估: 在阿克苏河、乌鲁木齐河流
域以可计算一般均衡模型的方法建立粮食生产的社会经济遴选情景，并采用公众选择理论遴选出各自的社会经济情景；以预估的气候情景、遴选的社会经济情景为基础，预测流域未来的水资源需求，以水资源的供需平衡分析为主线，以冰冻圈变化对流域水资源系统的影响为依据，选取指标构建脆弱性的评估框架体系，评估现状和未来冰冻圈变化影响的水资源系统的脆弱性。
典型研究区域冰冻圈变化的脆弱性评估: 在江河源区建立畜牧业发展
的社会经济遴选情景，在项目合作单位提供的气候情景，遴选的社会经济情景的基础上，分析气候变化对长江和黄河源区生态系统健康的影响、以净初级生产能力的占用分析为主线，以冰冻圈变化影响生态系统健康的一些关键要素为指标，建立江河源区生态系统脆弱性的评估框架，评估现状和未来冰冻圈影响的典型生态系统的脆弱性。 冰冻圈变化的脆弱性评估：在典型区域和典型流域冰冻圈变化脆弱性
评价的基础上，分析脆弱性指标的相互关系及影响的时空尺度，遴选出影响区域的关键指标，分析冰冻圈变化影响范围内不同人文社会尺度转换的规律和特征，对冰冻圈变化影响的脆弱性作出整体评估。 冰冻圈变化的适应性对策选择: 通过抽样调查的方式综合评价研究区
域的社会资源状况，分析少数民族地区的文化价值观及社会制度规范在环境影响中的作用，在IPAT、ImPACT和ImPACTS等式的概念框架下，采用路径分析方法分析社会资源适应冰冻圈变化的机制；分析典型区域的生态建设工程、典型流域的水利工程等的有效性和可行性；利用公共选择理论，以焦点组调查对话的方式遴选出适应性对策措施集，以成本效益分析，条件估值等方法为手段对适应性对策措施排序，在此基础上进一步分析研究区人文社会尺度转换的规律和特征，提出适应冰冻圈变化的对策措施。
与其它课题间的关系：课题（3）和（6）提供的关于冰冻圈变化的基础研究成果是本项目研究需要的基本数据；同时还要利用课题（2）提供的典型流域出山口径流量数据来评估冰冻圈变化影响的典型流域水资源系统的脆弱性，利用课题（4）提供的冻土变化的生态效应数据来评价冰冻圈变化影响的典型生态系统的脆弱性。本课题是项目研究的出口，目的是在冰冻圈变化脆弱性评价的基础上，为适应冰冻圈变化提供对策措施。
承担单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 课题负责人：秦大河 经费比例：17% 五.年度计划
六、科学数据汇交计划
本项目在执行过程中，将及时整理野外观测和实验室分析数据，建立项目内数据共享机制，及时在项目内部各课题之间进行交流。本项目在实施过程中所产生的观测、实验和考察等数据包括以下几个方面：
1、考察、观测数据
冰川监测数据集：冰川物质平衡、运动速度、冰川温度、厚度、末端变化及
同步的气象观测数据
冻土监测数据集：冻土活动层温度、含水量、植被盖度、草地生产力等及同
步的气象观测数据
流域水文数据集：冰川径流（流速、流量）、流域冰川变化、同步水文气象
数据、土壤含水量、土壤类型、植被类型 2、实验分析数据
浅冰芯分析数据集：18O、主要阴阳离子 冰川积累量数据 水、土样品分析数据 3、遥感及再分析资料
遥感资料原始资料：项目各课题购买的TM和SPOT资料 遥感分析资料：冰川变化资料、土地覆被资料、积雪资料 4、水文与气象资料
项目收集的有关气象与水文资料 5、社会经济资料
项目收集到的有关社会与经济方面的资料
项目完成时，将对获取的数据进行归整分类，按科技部要求提供完整数据。 七、主要学术骨干
项目承担单位