第一章 学科特点及科学意义 1
第一节 学科特点 1
一、冰冻圈组成要素、分类和时空尺度 1
二、冰冻圈科学内涵和范畴 3
三、冰冻圈科学发展与学科特点 5
第二节 科学意义 11
一、冰冻圈科学是气候系统科学的前沿领域 11
二、冰冻圈科学是社会经济与可持续发展领域的研究热点 11
三、冰冻圈科学是生态文明建设和维护国家安全的重要支撑 12
第三节 学科研究发展态势 13
一、冰冻圈科学向体系化发展趋势明显 13
二、冰冻圈学科向社会应用学科发展迈进 15
第四节 总体研究和发展思路 16
一、总体思路 17
二、若干重要领域 17
第二章 冰冻圈物理和化学过程 19
第一节 现状与趋势 20
一、研究历史概要 20
二、研究现状 23
三、国际热点及发展趋势 26
四、在我国面临的发展机遇 27
第二节 未来10年发展目标 30
一、未来研究目标 30
二、未来10年目标 30
第三节 关键科学问题 33
一、冰冻圈主要物理过程的定量刻画 33
二、冰冻圈水热与动力过程及其模拟 33
三、冰冻圈现代过程与气候环境记录代用指标发掘 33
第四节 重要研究方向 34
一、冰冻圈主要物理参数和冰冻圈变化的监测 34
二、冰冻圈变化的机理 35
三、冰冻圈变化的动力学模拟预估 36
四、冰冻圈现代过程及其气候环境记录研究 37
第三章 冰冻圈与气候模拟 39
第一节 现状与趋势 39
一、冰冻圈变化对大气的反馈作用 40
二、冰冻圈对亚洲天气、气候的影响 42
三、冰冻圈对全球大洋环流的驱动及响应 44
四、冰冻圈的海平面效应 47
五、冰冻圈分量模式及其在地球系统模式中的耦合 49
第二节 未来10年发展目标 56
一、冰冻圈在气候系统模式中的精细化描述 56
二、冰冻圈要素对气候变化响应的定量化研究 57
第三节 关键科学问题 58
一、不同时空尺度气候系统与冰冻圈的相互作用与反馈 58
二、冰冻圈快速变化对气候系统影响的定量辨识 59
第四节 重要研究方向 59
一、冰冻圈分量模式与地球系统模式的耦合 59
二、冰冻圈同化系统研发 60
三、冰冻圈对全球海平面变化的影响预估 60
四、北半球高纬度冰冻圈快速变化与中低纬度极端天气、气候之间的关联 61
五、北极冰冻圈变化预估及北极放大效应 61
六、青藏高原冰冻圈与季风、降水的关系 61
七、南极冰冻圈对长期气候变化的响应及其归因研究 62
第四章 冰冻圈与生物地球化学循环 63
第一节 现状与趋势 64
一、国内外发展现状 64
二、未来发展趋势 72
第二节 未来10年发展目标 80
第三节 关键科学问题 80
一、冰冻圈变化对生物地球化学循环的作用方式、时空阈值及其驱动机制 80
二、冰冻圈与生物地球化学循环变化的气候及环境反馈影响与识别 81
第四节 重要研究方向 81
一、生态系统响应冰冻圈变化的中长期综合观测与多源数据集成研究 81
二、积雪与冻土变化对陆地生物地球化学过程的影响与驱动机制 82
三、冰冻圈与生物地球化学循环机理模型与未来变化趋势预估 83
四、冰冻圈有机污染物痕量化学物质变化的环境指示与安全风险 84
五、冰冻圈变化对海洋碳氮磷循环的影响 84
第五章 冰冻圈与水文水资源 86
第一节 现状与趋势 87
一、国内外发展现状 87
二、未来发展趋势 94
第二节 未来10年发展目标 105
一、发展和完善冰冻圈水文学的理论和方法体系 105
二、深化对宏观尺度冰冻圈水循环过程及其影响的科学认识 105
三、精细化流域冰冻圈水文过程及定量评估冰冻圈水资源影响 106
第三节 关键科学问题 107
一、定量认识不同冰冻圈水文要素的水文水资源效应 107
二、准确判断不同冰冻圈水文过程的时空尺度 108
第四节 重要研究方向 108
第六章 冰冻圈与地表环境 111
第一节 现状与趋势 112
一、冰冻圈变化与侵蚀过程 112
二、发展趋势 116
第二节 未来10年发展目标 121
一、冰冻圈灾害的演化机理 121
二、冰冻圈地貌过程的机理研究 121
第三节 关键科学问题 122
一、冰冻圈变化对气候变化的响应机理 122
二、冰冻圈多尺度能量水分循环对地表环境的影响机理 123
第四节 重要研究方向 124
一、寒区地表化学风化 124
二、冰川消融、海平面上升与海岸带过程 125
三、冻土退化与地表环境 125
四、冰冻圈灾害 126
第七章 冰冻圈与重大工程 128
第一节 现状与趋势 129
一、国内外研究现状 129
二、未来发展趋势 137
第二节 未来10年发展目标 141
一、完善重大工程监测网络体系，加强重大工程稳定性技术和安全保障预警系统研发与预测方法研究 141
二、阐明冰冻圈要素与重大工程的互馈关系及其环境、灾害效应 142
三、提出冰冻圈作用区重大工程对气候变化的应对策略，研发适应气候变化重大工程安全保障的关键技术 142
第三节 关键科学问题 142
一、冰冻圈环境变化与重大工程的互馈关系 143
二、冰冻圈重大工程的致灾机理及其环境效应 143
三、冰冻圈重大工程的服役性、可靠性评价与安全保障技术 144
第四节 重要研究方向 144
一、冰冻圈作用区重大工程的灾害和环境效应及风险评估 145
二、冰冻圈环境与重大工程的热力作用机制及其反馈效应 145
三、冰冻圈作用区重大工程建设安全与保障的关键技术 146
四、水热力相互作用机理及其预测方法 147
第八章 冰冻圈与可持续发展 149
第一节 现状与趋势 149
一、国内外发展现状 149
二、未来发展趋势 157
第二节 未来10年发展目标 160
一、构建冰冻圈与社会经济耦合模型，量化冰冻圈变化对社会经济的影响 160
二、冰冻圈变化风险的适应途径与措施 160
三、确定冰冻圈可利用的资源形态，量化冰冻圈服务功能及其价值 161
四、揭示冰冻圈变化与国际地缘关系，开发应对方案与适应战略 161
第三节 关键科学问题 162
一、定量化认识冰冻圈变化的影响 162
二、建立冰冻圈服务功能测评体系 162
三、开发冰冻圈与社会经济适应模型 163
第四节 重要研究方向 163
一、冰冻圈服务功能及其价值评估体系化研究 164
二、冰冻圈与国际地缘关系研究 165
三、冰冻圈灾害风险评估与管控研究 167
四、冰冻圈变化影响的适应研究 167
第九章 资助机制与政策建议 169
第一节 学科建设 170
第二节 人才队伍建设 171
第三节 平台与监测能力建设 172
第四节 资助机制和政策建议 174
参考文献 177
关键词索引 186