中国科研团队推出全球精细长时序冻融现象数据集

北京，3月20日——中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球全国重点实验室赵天杰研究员团队，联合北京师范大学蒋玲梅教授以及国内外多家科研机构，近日在冻土遥感监测领域取得了新突破。研究团队成功开发并发布了全球高精度、长时序的土壤冻融数据集，实现了全球范围内，尤其是青藏高原地区的冻融过程连续、细致、长期观测。

土壤冻融现象，是土壤内部水分随着气温波动在冰冻与融化之间循环的过程，学术上称之为“相变”。这一过程深刻影响着地表的能量、水循环以及碳流通，被形象比喻为地球的“呼吸”。冻融还具有“记忆效应”：也就是说，先前的冻融状态会影响土壤的导热和水文属性，进而影响后续能量和水分的分配，对生态环境带来持续影响。受限于观测手段和算法，科学界一直难以在全球或区域层面上精细监测这一过程。这次发布的数据集，为揭示冻融变化规律及其对地球系统的影响提供了基础数据。

此次数据集分为两大部分。全球近地表冻融数据（FT-HiDFA）时间跨度为2002年至2023年，空间分辨率约5公里，可以直观展现全球土壤冻融动态。青藏高原冻融数据（TP-DFA-STA）则覆盖1979至2023年，空间分辨率约25公里，为青藏高原近半世纪的冻融变化提供了可靠历史记录。研究团队计划持续更新，确保数据的时效性与实用价值。

作为“亚洲水塔”，青藏高原冻土的稳定关系着几条主要江河的水源调节。近年来，全球变暖趋势下，高原上的多年冻土正发生着变化。数据集分析显示，自1988年以来，青藏高原地表冻结天数持续减少，平均每年减0.19天，主要是冻结季节开始时间推迟所致。高海拔地区的变化尤为明显，冻结天数减少速度约是低海拔的两倍，多年冻土区变化比季节性冻土区更剧烈。“冻结推迟、冻期缩短”的特征，短期内可能增加河流补水，但长期则削弱土壤蓄水能力，潜在影响区域水资源的稳定供应。这些变化通过长期卫星遥感资料得以呈现，为分析寒区水资源演变趋势和预警未来供水风险提供了可靠科学支撑。

冻融循环像是影响农业和生态物候的“隐形开关”，其波动直接关系到春季植被返青、农作物播种等关键时点。数据集进一步揭示，21世纪以来，北纬45度以北，大约14.35%的区域土壤冻结期明显缩短，约9.1%的区域冻结期开始时间推迟。这会影响作物种植时机和自然植被的生长节奏，也会改变水分与养分在生长季的分布。这些细致数据为预测农作物气候适宜性、评估生态物候变化以及农业实践提供科学依据。

土壤水分反复结冰融化导致的冻融侵蚀，是我国高寒地区亟需面对的生态挑战。冻融循环通过周期性的冻胀和融沉不断破坏土壤结构，让土壤变得松散，更容易遭受风蚀和水蚀。冻结日数和冻融循环次数，被认为是评估冻融侵蚀强度的关键指标。数据显示，青藏高原有约13.26%区域的冻结天数明显减少，局地减幅超过30天，主要集中在脆弱的多年冻土区，东南季节性冻土区则较为平稳。这为识别冻融侵蚀高风险区和出台防治措施提供了数据支持。

冻融循环不仅影响生态系统，还给工程建设带来实际挑战。在冻土区建造道路、铁路和管道等大型基础设施时，必须应对冻胀和融沉造成的周期性结构应力。每到冬季冻土抬升，春季消融沉降，这种反复变化会对工程稳定与安全带来长期影响。本次发布的数据集总体精度达83.78%，有助于界定多年冻土和季节性冻土的分布，识别冻融敏感区域，为青藏高原及类似地带的工程选址、设计和维护提供重要数据基础。

目前，这套数据集已向全球科研用户开放共享，助力科学家们继续跟踪和研究土壤冻融过程，为应对气候变化、确保区域可持续发展提供坚实的数据支持。