《冰冻圈地理学》以冰冻圈要素的空间分布和地域分异规律、地理过程、气候环境演化及其对人类活动的影响（聚落、农业、工业；资源、灾害；影响、适应与可持续发展）为主要内容，系统介绍冰冻圈地理学基本理论和方法，并对高原与高山地区、极地地区的区域冰冻圈地理概况进行专门介绍。《冰冻圈地理学》由绪论，冰冻圈形成机理及与其他圈层的联系，冰冻圈类型、分布及变化，冰冻圈与人类活动，极地地区，高原与高山地区，以及冰冻圈地理学研究方法等章节构成。

第1章 绪论
1.1 冰冻圈地理学的研究对象与内容
冰冻圈地理学是研究冰冻圈要素的形成过程、地理分布、动态变化及其与人文系统相互作用的科学。冰冻圈是指地球表层连续分布且具有一定厚度的负温圈层。这个圈层是具有独特的物质结构、状态和厚度的圈层，又称为冰雪圈、冰圈或冷圈。
冰冻圈地理学的研究对象包括陆地冰冻圈、海洋冰冻圈和大气冰冻圈，其中陆地冰冻圈包括冰川（glacier）[含冰盖（ice sheet）]、冻土（frozen ground/frozen soil）（包括多年冻土、季节冻土）、积雪（snow cover）、河冰（river ice）、湖冰（lake ice），海洋冰冻圈包括冰架（ice shelf）、冰山（iceberg）、海冰（sea ice）和海底多年冻土（subsea permafrost/submarine permafrost/offshore permafrost），大气冰冻圈包括对流层和平流层内呈冻结状的水体。陆地冰冻圈占地球陆地面积的52%～55%。其中，南极冰盖、格陵兰冰盖和冰盖之外的山地冰川覆盖了全球陆地表面的10%（南极冰盖和格陵兰冰盖占9.5%，山地冰川占0.5%），主要为南极大陆、格陵兰岛、阿拉斯加、亚洲高原和高山地区。全球积雪覆盖范围平均占全球陆地面积的1.3%～30.6%，北半球多年平均**积雪范围可占北半球陆地表面的49%。全球多年冻土区（不包括冰盖下伏的多年冻��）占全球陆地面积的9%～12%。北半球季节冻土（含多年冻土活动层）占全球陆地面积的33%。也有资料显示，北半球季节冻土（含多年冻土活动层）多年平均**占到北半球陆地面积的56%，在**寒冷年份高达80%以上。全球5.3%～7.3%的海洋表面被海冰和冰架覆盖。北冰洋海冰**范围是夏季*小范围的2.5倍；9月南大洋海冰范围**，是2月*小范围的6倍。从年内波动过程看，积雪、海冰、季节冻土是冰冻圈中*活跃的因素，其变化造成的水热流动是对大气圈、水圈、陆地表层系统产生日、月、季尺度影响的*重要的地表过程。
地球淡水资源的75%储存于冰冻圈，南极冰盖和格陵兰冰盖则约占全球淡水资源的70%。广泛的分布范围、显著的季节波动与长时间波动并存、低温、高反射、与相态变化有关的物质和能量的迁移等是冰冻圈的特点，也是冰冻圈列入气候系统五大圈层之一的重要原因。冰冻圈地理学的研究内容包括地球冰冻圈地理环境的形成过程、分布、变化及其对自然和人文系统的影响，**讨论冰冻圈的时空分异特征，探讨冰冻圈与其他圈层相互作用的理论和方法、冰冻圈变化的影响与适应等问题。
总之，冰冻圈地理环境各要素所组成的圈层是地球表层系统*活跃的圈层，各组成要素对气候变化反应十分敏感，被视为“天然的气候指示计”，其时空分布与变化对人类活动、气候系统、水陆生态系统及水循环影响显著。
1.2 冰冻圈地理学的任务与意义
冰冻圈地理学的任务包括：①研究冰冻圈各要素的数量与理化特征、形成机制和发展规律；②研究冰冻圈各要素及其地理环境的空间分异规律，包括纬度地带性、垂直地带性和非地带性；③研究冰冻圈与其他圈层之间的相互作用，彼此之间物质循环和能量转化的动态过程，正、负反馈机制，从整体上揭示其变化规律；④研究冰冻圈变化对自然和人类经济社会系统的影响，包括正面和负面的作用；⑤研究冰冻圈地理环境各要素变化的风险、暴露度和脆弱度，结合区域经济社会特征，建立冰冻圈变化适应性的评估方法，提出适应和减缓对策。
冰冻圈地理学是地理学的派生学科，地理学的基本理论仍然是冰冻圈地理学的基础，从冰冻圈要素形成过程、地理分布、动态变化及其与人文系统的相互作用机制等方面进行研究，可以深化地理学基本理论，提高人类适应冰冻圈变化影响的能力。具体看：①冰冻圈地区采矿、基础设施建设、航运等受到多年冻土土体冻胀和融沉、热融滑塌，冰雪崩与冰川洪水、泥石流等灾害，以及河湖海冰阻塞等造成的破坏影响，从地理学角度解释灾害形成条件、变化特征、致灾机理并提出适应对策，可以为冰冻圈地区工程活动提供理论和技术保障。②冰雪融化带来的淡水释放，既是人类活动所依赖的宝贵的淡水资源，也是导致海平面上升、大洋环流改变的重要驱动因子，只有认识冰冻圈因子的冻融过程、运动过程以及在水循环过程中的热量和水分转化规律，准确把握不同冰冻圈因子参与水文过程的时空特征和尺度，预测受冰冻圈变化影响的流域的径流变化趋势，才能更好地为水资源利用和管理提供依据。由于冰冻圈水变化涉及生态、工农业用水、清洁能源生产等，从地理学角度认识冰冻圈水循环的分异规律，可以为冰冻圈地区资源利用和保护提供服务。③雪冰的高反射率特性、对陆地下垫面和大洋海水的隔热作用、冻融对土壤墒情的影响等，是改变区域乃至半球尺度热量分配进而引起气候变化的关键过程，也是决定农业生产、生态维持的重要过程之一，认识冰冻圈在不同空间和时间尺度与其他圈层间的相互作用规律，有助于发展**自主知识产权的地球系统模式，为气候变化预测和预估提供知识基础。④多年冻土中储存的有机质在冻土退化过程中以CO2和CH4形式释放到大气，从而加剧气候变暖，反过来加速冰冻圈萎缩和退化。上述多种过程均与人类活动息息相关，只有从地理学角度研究冰冻圈分布与分异，研究在全球变化背景下冰冻圈与陆地表层系统、水圈和人类圈的相互作用机理，提出适应冰冻圈变化影响的对策，才能确保人与自然的和谐共存，其也是实现2030年可持续发展议程目标的重要支撑之一。
1.3 冰冻圈地理学与其他学科的关系
冰冻圈地理学是冰冻圈科学的分支学科，是地理学的专门领域，由于冰冻圈是处于负温状态的地球表层系统，不同要素所处环境既有陆地表层和水域系统，也有海洋和大气圈等固、液、气等多种介质和这些介质所处的环境，以及在这些环境下存在并受其影响的人类社会经济系统。冰冻圈随气候变化而变化，气候是冰冻圈物质和热量收支状态的决定者，因此冰冻圈地理学与气象气候学有着天然的联系，气象气候学是揭示冰冻圈地理分布和形成变化、预测冰冻圈变化趋势的基础学科；不同地区和不同类型冰冻圈边界层过程的知识积累可大大丰富气象气候学、海洋学等内涵，此外，冰冻圈的反馈过程及与其他要素的相互作用，影响区域气候、海洋环流、陆地水和生物地球化学循环，影响地表形态，影响地表生态系统结构甚至功能，决定人类在各种冰冻圈要素主导下的文化、宗教及社会和经济活动的类型、规模和范围，因此地理学、气象气候学、水文学、地貌学、生态学、人文社会科学是冰冻圈地理学的学科基础。此外，冰冻圈要素可以在自重作用下运动，也可以在风力、流水/洋流作用下流动或漂流，还可以通过热胀冷缩、刨蚀等使地表发生侵蚀、剥蚀及风化作用，释放或储存碳氮元素等，认识这些过程的地理分异及其规律，离不开数学、物理、化学、水文、地貌、生态等学科的支持，同时，也需要遥感、地理信息系统、测绘、计算机等科学和技术条件的保障。与地理学其他专门学科类似，冰冻圈地理学的交叉学科性质是保持其学科不断推陈出新的动力。
冰冻圈地理学是冰冻圈科学体系的重要组成部分，与冰冻圈科学的其他分支学科存在密切关系。冰冻圈人文社会学离不开冰冻圈地理学的基础理论，只有充分考虑冰冻圈各要素分布、变化等冰冻圈地理学过程，才能科学评价冰冻圈对人类经济社会活动的直接或间接影响。冰冻圈地理学同时考虑冰冻圈各要素及其变化对人类经济社会系统的影响，并提出相应的评估方法、适应和减缓对策。在气候变化与人类经济社会可持续发展需求的推动下，根据冰冻圈地理学自身的特点，综合冰冻圈各要素，从动量、能量、水量、经济社会特征出发，研究冰冻圈和其他圈层相互作用的理论和方法、冰冻圈变化的影响与适应等，是冰冻圈地理学研究的核心任务。
1.4 冰冻圈地理学研究历史回顾
Cryosphere，即冰冻圈一词，*早由波兰学者A. B. Dobrowolski在1923年引入，20世纪60～70年代，该术语被俄罗斯科学家P. A. Shumskii、O. Reinwarth和 G. St.blein进一步论述。1972年在斯德哥尔摩会议上世界气象组织（WMO）**将“冰冻圈”这一独特的自然环境综合体与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈并列，明确这五大圈层之间的相互作用与反馈，为气候系统概念的提出奠定了基础，冰冻圈的重要性也得到共识。2000年，世界气候研究计划（WCRP）科学委员会设立“气候与冰冻圈”（CliC）计划，旨在定量评估气候变化对冰冻圈各要素的影响以及冰冻圈在气候系统中的作用。全球变化国际重大研究计划和国际科学理事会（ICSU）等组织共同发起“综合性全球观测计划”（IGOS），在2004年将冰冻圈一词正式纳入主要科学主题，即 IGOS-Cryosphere Theme。
2005年，多国联合的“欧亚大陆北部地球科学合作计划”（NEESPI）也强调了冰冻圈研究的重要性。此外，北极理事会（Arctic Council，AC）在2008年启动了“北极雪、水、冰和多年冻土计划”（SWIPA），日本组织了“北半球冰冻圈研究计划”。国际大地测量学与地球物理学联合会（International Union of Geodesy and Geophysics，IUGG）于2007年将其所属的国际水文协会常设冰雪委员会升级为国际冰冻圈科学协会（International Association of Cryosphere Science，IACS），这是该联合会1922年以来增设的**一个协会，显示了对冰冻圈的重视已上升到科学层面。此外，自20世纪90年代初开始，历次发布的政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告指出，冰冻圈要么作为一个章，要么与海洋等要素合并成章进行专门论述，2019年更是在第五次和第六次 IPCC评估报告之间发布了海洋与冰冻圈特别报告，冰冻圈的重要性、对冰冻圈变化与影响的需求均上升到**高度。此外，2015年7月，WMO第17次全会正式将“极地与高山”列为WMO未来着力发展的七大任务之一，并与全球气候服务框架（GFCS，2009）接轨，表明联合国官方再次肯定冰冻圈研究的重要科学价值。
冰冻圈诸要素研究历史悠久，已形成相对完善的独立学科，如冰川学、冻土学、冻土工程学、海冰工程学、冰雪水文学、积雪生态学等。早在17～18世纪启蒙运动期间和之后，冰川观测和概念模型建立等工作就已开始。1830年在阿尔卑斯山开始了系统性的冰川运动观测。1751年Altmann**提出冰川受重力作用而运动，并认为滑动是冰川运动的主要形式。Bordier在18世纪末提出不同观点，认为冰川可以像黏性流体一样运动，该观点得到Thomson实验室的验证，也得到 Forbes的支持。20世纪20～40年代，Ahlmann在斯堪的纳维亚、斯贝茨卑尔根、冰岛、格陵兰岛等地区开展了经典的气候变化对冰川进退变化影响的研究，并对消融季冰川表面的能量收入有所涉猎。大规模现代冰川学研究始于20世纪中期，冰盖研究晚于对山地冰川的研究，但20世纪初、中期及近期的独立或联合考察使冰盖研究势头大大超过对山地冰川的研究，特别是一批数学物理学家的加入，使物理模型与实验观测相结合，提升了对冰川形态、温度、运动、动力过程及冰川结构和水系统特征等的认识。近30年来，冰川和冰盖的遥感监测获得了大量宝贵数据，伴随数值模拟的发展和广泛应用，冰川变化对水资源、灾害、海平面上升影响的研究呈蓬勃发展之势。
对冻土的观察可追溯到14世纪，巴芬岛、俄罗斯西伯利亚地区早在1577年和1642年就有关于冻土的报道，1751年发表了**部有关西伯利亚冻土的科学报告。1838年 von Baer**以论文形式介绍了冻土的发生及土壤处于长期冻结状态的现象，1842年由他完成但未发表的专著中就包含西伯利亚多年冻土分布图，根据其对地温的观测，雅库茨克地区多年冻土厚度可达190 m。19世纪后期俄罗斯开展了系统性的多年冻土研究，Lopatin研究了叶尼塞河流域地下冰，他可能是**个提出气候变

目录 丛书总序 丛书自序 前言 第1章 绪论 1 1.1 冰冻圈地理学的研究对象与内容 1 1.2 冰冻圈地理学的任务与意义 2 1.3 冰冻圈地理学与其他学科的关系 2 1.4 冰冻圈地理学研究历史回顾 3 思考题 6 第2章 冰冻圈形成机理及与其他圈层的联系 7 2.1 形成与发育条件 7 2.2 形成与发育机理 15 2.3 与其他圈层的相互作用 24 思考题 37 第3章 冰冻圈类型、分布及变化 38 3.1 冰冻圈类型 38 3.2 冰冻圈地理分布 42 3.3 冰冻圈地域分异 48 3.4 末次冰期以来的冰冻圈演变 53 3.5 近期冰冻圈变化 59 思考题 64 第4章 冰冻圈与人类活动 65 4.1 冰冻圈人口分布概况 65 4.2 冰冻圈社会经济活动 68 4.3 人类活动的影响与适应 78 思考题 84 第5章 极地地区 85 5.1 区域概况 85 5.2 北极冰冻圈与气候环境变化 92 5.3 南极冰冻圈与气候环境变化 104 5.4 极地冰冻圈变化与海平面上升 117 5.5 极地冰冻圈与地缘政治 119 思考题 121 第6章 高原与高山地区 122 6.1 冰冻圈概况 123 6.2 冰冻圈变化 145 6.3 冰冻圈服务与灾害 155 6.4 冰冻圈变化与可持续发展 163 思考题 171 第7章 冰冻圈地理学研究方法 172 7.1 观测与实验方法 172 7.2 空间信息技术与大数据应用 185 7.3 数值分析与模拟 199 思考题 206 参考文献 207 附录 冰冻圈野外生存与常用工具 214