一、项目名称

北半球冰冻圈变化及其对气候环境的影响与适应对策

二、执行时间

2011年1月—2015年12月

三、项目类型

国家重大科学研究计划全球变化研究项目

四、承担单位

1、首席科学家：王宁练

2、课题负责人：康世昌、吴青柏、黄菲、王宁练

3、依托单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

4、参加单位：、中国科学院青藏高原研究所、遥感与数字地球研究所、中国海洋大学、南京大学

五、研究目标

1、总体目标

针对全球气候变暖背景下冰冻圈迅速退缩的事实，研究北半球冰冻圈主要组分的变化机理，阐明他们对气候变化的响应与反馈机制，揭示多年冻土退化对碳循环过程的影响，为国家制定碳减排与碳外交政策提供科学基础，综合评价冰冻圈变化对我国气候、水资源安全、灾害发生程度以及寒区工程建设的影响，提出应对冰冻圈变化及其影响的国家方案，提升我国在冰冻圈与全球变化研究领域的竞争力与国际地位。

通过本项目的实施，将使我国在冰冻圈微观变化过程与宏观变化规律研究方面实现有机结合，加深对冰冻圈与气候相互作用的认识，推动我国冰冻圈科学理论的发展，促进我国应对冰冻圈变化对策的建立，为我国冰冻圈影响地区的社会经济可持续发展提供科技支撑。

凝聚我国从事冰冻圈科学研究的有生力量，打造一支具有冰川、冻土、大气、水文、海洋、遥感等多学科交叉的冰冻圈与全球变化研究团队，吸引一批有志于从事寒区资源环境的东部优秀青年科研人员，为西部的发展培育和集聚人才。

2、五年预期目标

通过对北半球不同地区冰芯、树轮等资料的分析与研究，揭示不同区域20 世纪的变暖特征。在冰冻圈主要组分变化机理研究的基础上，结合冰冻圈监测与遥感分析资料，阐明北半球冰冻圈主要组分变化的时空特征与驱动机制。

通过对积雪、海冰、冻土物理学特征与热学特征等参数的观测与研究，建立北半球冰冻圈主要组分的参数化方案，并引入气候模式，阐明北半球冰冻圈变化对气候（尤其是对我国气候）的影响。

通过对北半球监测冰川以及欧亚大陆东－西、南－北两大断面上相关研究地点冰川变化过程和气候关系的定量分析，建立冰川对气候变化的响应模型，揭示不同规模、不同类型冰川对气候变化的响应机理，为研究冰川变化的水资源效应提供科学依据，并为准确认识冰川变化对气候变化的指示意义提供理论基础。

通过对季风区与西风带气候区（尤其是中亚干旱区）典型流域冰川、积雪物质积累过程、消融过程以及能量平衡过程等的监测与研究，建立流域尺度的冰雪融水径流模型，揭示气候变化对不同气候区域冰冻圈水循环过程的影响，为准确预测冰冻圈变化对水资源的影响提供科学基础。

通过对多年冻土地区不同地表植被类型条件下碳循环过程的观测与研究，揭示多年冻土水热变化对碳源汇效应的影响，为评价多年冻土地区温室气体排放的气候效应研究奠定科学基础。

六、研究内容

本项目以北半球冰冻圈主要组分（山地冰川、冻土、积雪和海冰）为研究对象，拟开展以下四个方面的研究：

1、北半球冰冻圈变化的时空特征

根据北半球不同地区冰芯、树轮等代用资料以及气象记录，研究北半球小冰期以来的气候变化特征，阐明不同典型区域 20 世纪以来气候变暖的时空差异；利用观测和遥感资料，分析20世纪以来（尤其是近几十年来）北半球山地冰川进退和面积变化的区域差异，北半球积雪季节分布及其面积和厚度变化的特征，北半球不同区域季节冻土和多年冻土活动层厚度及冻土温度的变化，以及北极海冰厚度和面积的时空变化。

2、北半球冰冻圈对气候变化的响应机理

基于北半球具有长期监测资料的冰川，研究不同类型、规模冰川对气候变化响应的特征和敏感性；以北半球典型区域多年冻土活动层水热过程观测为基础，分析多年冻土对气候变化的响应机理；研究北半球不同类型冻土区碳收支的季节变化特征，分析全球变暖背景下冻土退化对多年冻土固碳能力及其源汇效应的影响；利用积雪遥感和定点监测资料，研究不同地区积雪面积与雪水当量等对气候  变化的响应机制；基于海面热通量变化及相应的物理过程分析，研究海冰对气候变化的响应机理。

3、北半球冰冻圈变化对气候的影响

分析积雪反照率变化及其影响因素，改进区域气候模式中积雪反照率、覆盖度及其水文效应参数化方案，根据近几十年北半球积雪范围变化引起的地表反照率的巨大变化，评估他们引起的地表能量变化及其气候效应；在冻土多点观测的基础上，拟合出冻土导水率、导热率参数化公式，并改进区域气候模式中冻土参数化方案，研究冻土过程的气候效应；基于北极海冰的时空变化特征和区域差异，结合冰-气和海-气界面不同的热量传输特征及其空间差异，研究北极海冰异常对北半球大气环流及我国气候的影响。将以上冰冻圈主要组分的参数化方案同时引入气候模式，阐明北半球冰冻圈变化对气候的影响。

4、北半球冰冻圈变化的综合气候环境效应及应对策略

冰冻圈变化的综合气候环境效应将聚焦在气候、水资源、海平面、灾害和工程五个方面，以分析冰冻圈变化对我国的影响为主。系统总结北半球冰冻圈变化对我国不同地区气候的影响，提出相关应对措施；研究高亚洲山地冰冻圈的脆弱性及其水资源效应，分析这些变化给下游地区社会经济带来的影响，评估山地冰川退缩对海平面上升的贡献，并提出应对策略；通过典型实例剖析，以模型分析为基础、以 GIS 和决策支持系统为手段，研究藏东南、喜马拉雅地区以及南疆地区冰湖溃决灾害和冰川洪水灾害影响的范围和程度，分析潜在灾害发生的可能性及其影响，并针对不同的灾害类型提出具体的防范措施；研究我国积雪灾害的分布规律与发生机制，完成灾害制图，界定重点防范区域，针对这些区域的工农业、基础设施建设以及社会经济发展状况等，提出具体应对方案；分析我国多年冻土的脆弱性，研究其变化给工程建设带来的影响，提出防范措施。

七、组织形式

本项目设置4个课题，第一课题负责人:康世昌；第二课题负责人：吴青柏；第三课题负责人：黄菲；第四课题负责人：王宁练（项目首席科学家兼）