国际冰冻圈科学研究沿着2条主线展开：
1. 以WCRP/CliC 为主线展开。目标是加深对冰冻圈与气候系统之间相互作用的物理过程与反馈机制的理解，提高气候预测的准确性，为防灾减灾服务。
2.以国际冰冻圈科学协会（IACS）为主线展开。国际大地测量与地球物理学联合会（IUGG）于2007年8月将“国际水文科学协会”下属的“国际雪冰委员会”提升为“国际冰冻圈科学协会”，以推动冰冻圈单要素研究之间的联系。
建立冰冻圈科学框架体系
冰冻圈科学始于冰川学、冻土学以及积雪、河冰、湖冰、海冰等的研究。
从研究内容来看，在气候变化和区域可持续发展需求驱动下，冰冻圈科学根据自身特点，从动量、能量、水量、经济社会特征出发，不仅研究冰冻圈内在机理和过程，更加注重研究冰冻圈与大气圈、水圈、生物圈、岩石圈（陆地表层）及人类经济社会（人类圈）的相互作用。冰冻圈变化对各圈层的影响和适应研究，涉及社会经济与可持续发展，实用性强，社会需求迫切，这些内容丰富了冰冻圈科学的内涵，促进了学科体系的完善。
从研究方法来看，冰冻圈科学研究同时使用自然科学和社会科学的方法，包括利用光学、热学、力学、电学、电磁学、化学、生态学的知识和方法，建立立体观测体系，采集冰冻圈各要素观测资料，完善实验室测试系统，发展冰冻圈全球和区域模式，并与地球系统模式嵌套；注意使用经济学、社会科学的原理，研究冰冻圈自身规律及其与社会的关系，分析冰冻圈变化的影响、脆弱性和适应性。
我国冰冻圈科学研究团队通过梳理国内外科学发展趋势，总结冰冻圈研究进展，解析冰冻圈科学内涵和外延，先后完成《冰冻圈科学词汇》《冰冻圈科学辞典》和《冰冻圈科学概论》（中、英文版）。同时，以机理、变化、影响、适应为主线，编写了“冰冻圈科学系列”丛书，包括冰冻圈物理、化学、地理、气候、水文、生态、微生物、环境、第四纪、工程、灾害、人文、地缘、遥感和行星冰冻圈等15个方面，涵盖了自然和人文社会学科的多个领域。
目前，我国已建立了冰冻圈科学国家重点实验室、冻土工程国家重点实验室等专门研究机构，在一些部门和高等院校也建立了若干与冰冻圈科学相关的研究实体，多所大学开设冰冻圈科学课程，甚至还设立了冰冻圈科学专业，服务于冰冻圈科学研究后备人才培养。“冰冻圈科学学会”也已筹建多年，该学会的学术年会和各专业委员会的活动丰富多彩，壮大了冰冻圈科学研究队伍，扩大了冰冻圈科学的影响和普及。
3 冰冻圈变化和影响冰冻圈变化在不同时空尺度上，通过改变其物质和能量交换，与大气圈、水圈、岩石圈、生物圈及人类圈相互作用，影响人类经济社会可持续发展。冰冻圈变化的影响有负面也有正面，对负面多种灾害和损失的研究居多。
冰冻圈变化
冰冻圈变化是指冰冻圈内热状况和质量的时空分布变化，在表观上主要体现为形态、体积和质量的变化，如冰川面积、厚度、冰量及末端或边缘变化，冻土面积或范围、厚度变化，积雪范围和雪水当量变化，海冰范围和厚度变化，河冰、湖冰封冻和解冻日期，以及冻结日数、厚度的变化等。冰冻圈内部如热量（温度）、物质结构、物质迁移、化学和生物学等方面的变化，也属变化的内容。
地球冰冻圈是气候系统最敏感的圈层。在全球变暖的今天，冰冻圈各要素都在显著变化，主要表现为规模在缩减，温度在升高。
海冰因为有较长的观测数据，可以看到长期变化的细节（图 4）。北冰洋和南大洋是海冰主要分布区，监测表明，相对于1981—2010年，北冰洋海冰（北极海冰）自 1979年以来海冰范围持续减少，南大洋海冰（南极海冰）海冰范围较稳定，20世纪最后几年到2015年间还略有增长。但是最近几年这两个地区的海冰范围均显著减少。
图4 1979—2019年北极海冰和南极海冰范围的变化（相对于1981—2010年平均）
资料来源：美国国家冰雪数据中心（NSDIC）
2006—2015年，格陵兰冰盖和南极冰盖平均冰量损失速率分别达278±11Gt/a 和155±19Gt/a，这加快了全球海平面上升。全球山地冰川整体都处于退缩或急剧退缩的状态。在中低纬高山地区，近年频频出现冰川崩塌/垮塌事件，给当地带来灾害。例如，2018年西藏林芝地区的雅江冰崩堰塞湖事件。
近几十年来，积雪范围、最大深度、积雪期和雪水当量普遍呈现减少趋势。多年冻土普遍升温、活动层厚度增加。河冰和湖冰结冰日数缩短、厚度减薄、融化时间显著提前。
冰冻圈变化的影响
冰冻圈变化与气候系统其他圈层及人类圈相互作用，影响着区域和全球经济社会发展。
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冰冻圈—大气圈—社会经济
冰冻圈变化影响不同时空尺度的气候变化。洁净的雪面反照率达90% 以上，是一般地表面反照率的 3—9 倍。海洋在有、无海冰覆盖的情况下，吸收能量的差别可达 9 倍以上；北极海冰减少使海洋吸收更多的太阳辐射，导致区域温升速率达全球平均水平的 2 倍以上。
北半球多年冻土含有1460—1600 t 的有机碳，几乎是大气中碳的2倍，多年冻土融化所释放的额外温室气体加剧了全球气候变暖。如果全球温升不能控制在1.5℃ 内，21世纪将有（1.50—2.50）×106 km2 的多年冻土融化，释放约100GtCO2，可能引发气候突变。这将使当前的“碳排放社会成本”增加近8倍——CO2 排放成本将从目前的15美元/t 成本上升至116美元/t。
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冰冻圈—水圈—社会经济
在全球尺度上，冰冻圈退缩使大量冷淡水进入海洋，导致海平面急剧上升，使世界沿海地区和地势较低的岛屿处于危险之中；同时，还会相应改变大洋的盐度和温度，影响大洋热盐环流过程，进而改变全球水循环过程，包括大洋输送带和洋流强度等。
区域尺度上，冰川的加速退缩在短时间内可增加冰川径流，但长时间内将导致径流量减少；水文过程发生改变，影响流域水循环和淡水资源的供给，尤其对高度依赖冰冻圈水资源的区域影响最大，给粮食安全、人体健康、维系生态系统和社会经济发展等带来巨大的负面影响。亚洲水资源利用产生的总收入为2050亿美元，而其产生的总外部成本却达到6600亿美元，约为总收入的3倍。
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冰冻圈—岩石圈—社会经济
冰冻圈对陆地表层的影响主要表现为地表风化、侵蚀、搬运与堆积作用，以及由此产生的一系列灾害。冰川地貌过程、冰湖洪水和泥石流、冻土冻融或热融作用、山区积雪形成的春汛、海冰消退连同冻土融化引发的塌岸和“地面坍陷”等，都会对社会经济产生严重影响。例如，加拿大吉勒姆至丘吉尔间铁路线路约300km 的修复重建，而1978—1983年仅用于稳定冻土沉降、修复桥涵、恢复纵坡和更新轨枕就花费掉3000余万美元。
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冰冻圈—生物圈—社会经济
冰冻圈退缩导致陆地生态系统发生演替的概率增加、物候提前，尤其是生态系统的结构、功能与时空分布格局。例如，多年冻土活动层深度增加、土层内水分向下迁移，高寒草甸、高寒沼泽和湿地显著退化.1970—2010年，青藏高原的高寒沼泽湿地萎缩25.6%，沙漠化土地增加17.2%。此外，大气冰冻圈变化可以直接影响植被生长，导致农作物减产严重。
冰冻圈变化对海洋生态系统的影响非常显著。北极海冰范围与厚度的持续减少，导致北极海冰边缘区域食物链网络或生物栖息地遭到破坏，进而波及种群繁衍。北极熊赖以生存和捕猎场所不断缩小，导致北极熊数量和繁殖成功率不断降低。若海冰持续减少，未来北极熊的数量可能会锐减近2/3。生态系统的变化对环北极原住民的生活也有极大影响，不仅其谋生方式和社交方式出现改变，甚至本土语言文化也存在流失的危机。
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冰冻圈—人类圈—地缘政治
冰冻圈持续退缩也引起国际地缘政治问题。北极海冰减少和北极航道的开通改变了航运格局，商业利益和环境效应明显，能源和矿产价值突出，军事和战略博弈也愈发明显。冰冻圈退缩带来了潜在战略资源，对有效资源竞争的驱动力使得有些国家开始窥伺南极资源，导致南极洲地缘政治的局势日趋紧张。在高山区，山地冰川退缩，导致淡水资源短缺，引发水资源危机。在国际河流区，水资源的争夺加剧地缘政治摩擦。冰川融化还将引起海平面上升，低地国家与小岛国家面临着领土被淹没的威胁。
冰冻圈变化的适应
为应对冰冻圈变化及其影响，应在冰冻圈未来变化预测的基础上，通过自然科学和社会科学的交叉融合，分析冰冻圈变化的风险和脆弱性，结合区域社会经济现状和发展趋势，建立不同区域冰冻圈变化适应性的评估方法，提出冰冻圈变化的适应性和减缓对策，为全球和区域社会经济可持续发展提供科技支撑。
我国是中低纬度冰冻圈最发育的国家，但冰冻圈大多分布于经济发展相对落后和生态环境脆弱之地。同时，我国也是近北极国家，北极地区冰冻圈变化的影响也波及我国。南极地区不仅是国际科技竞技场，也是国际战略争夺的重要区域。因此，我国不仅需要对国内冰冻圈影响的提出区域尺度适应方案，如制定“亚洲水塔”水安全战略、推动水合作、建立科学的利益分享与补偿机制、完善跨境河流水争端解决机制、加强冻土区生态恢复和保护措施及冰冻圈灾害风险和管控方案等，还要大力提升南、北极冰冻圈变化的适应对策研究。
总之，冰冻圈变化不仅影响自然系统，也影响人文经济社会和国家关系。冰冻圈变化适应研究不仅要着眼于区域社会经济可持续发展，也要联系联合国《2030可持续发展议程》17项目标，从全球视野建立基于恢复力的冰冻圈变化—影响—适应研究体系（图 5）。
图5 全球冰冻圈的变化—影响—适应框架
4 为健康地球和人类福祉服务冰冻圈服务
冰冻圈变化对自然和社会经济系统既有负面效应，也有正面效应。例如，冰冻圈灾害、风险评估等负面效应已有深入研究。近年来，我们将冰冻圈的服务与社会经济可持续发展以及人类福祉紧密结合，联系联合国《2030 年可持续发展议程》的17个目标，发展了冰冻圈功能和服务理论与方法体系。
冰冻圈的服务是基于冰冻圈在气候、水资源、生态、工程、旅游和休闲、探险和体育、资源利用及特色人文等领域，产生可观的服务价值。冰冻圈服务指人类社会从冰冻圈获取的各种惠益，包括直接或间接从冰冻圈系统获得的资源、产品、福利和享受等。对人类生存与生活质量有贡献的所有冰冻圈产品和服务都是冰冻圈服务，包括供给服务、调节服务、文化服务、承载服务和支持服务5个方面（图 6）。
图6 冰冻圈服务框架
冰冻圈供给服务是指冰冻圈本身能够给人类提供的各种产品或服务，包括淡水资源、天然冷能、种质资源、天然气水合物和冰（雪）材等供给服务；
冰冻圈调节服务是指人类从冰冻圈过程和功能的调节中获得的惠益，包括气候调节、径流调节、水源涵养、生态调节和陆表侵蚀调节；
冰冻圈文化服务指人类能够从冰冻圈获得的精神满足和发展认知等非物质性收益，包括美学、灵感、宗教、知识与教育、休闲与旅游、文化多样性等；
冰冻圈承载服务是指在一定时期的陆地或海洋表层的冰冻圈作为天然冷冻固态介质，可为大规模人类迁徙、跨河道（湖泊）行进等特殊活动，以及人们所需的物质运输和工程建设提供重力支撑，包括特殊交通通道服务和设施承载服务；
冰冻圈支持服务，专指人类从冰冻圈支持或主导的特殊环境中获得的惠益，包括生境支持服务、资源生成服务及地缘政治和军事服务。
在全球变暖背景下，冰冻圈退缩使其特有的服务趋于减弱。因此，需要研究冰冻圈变化与冰冻圈服务之间的定量关系，确定不同时空尺度上冰冻圈变化与服务功能强弱、盛衰之间的关联，特别是某些关键特征值，如功能增强期、平台期、拐点、衰退期乃至丧失期。此外，冰冻圈的不同服务之间也可能存在此消彼长的关系。例如，对于融水服务，如果过多强调其经济社会服务，则可能削弱其生态服务。
随着冰冻圈变化影响的级联效应不断扩展，冰冻圈与生态、经济、社会问题之间的衔接既是学科发展的必然趋势，也是延伸冰冻圈科学应用价值的必然要求。冰冻圈服务功能价值评估研究可为冰冻圈服务与市场价值体系之间架起一座桥梁，为决策者提供冰冻圈服务功能及其价值信息，对于促进以“寒”“旱”为特征的经济欠发达地区的社会、经济可持续发展、加强生态环境建设与保护有重要科学意义和长远战略意义。
为地球健康作贡献的冰冻圈科学
“一个维持全新世间冰期状态功能的星球，它惠益人类和非人类有机体，并使全人类公平分享自然赋予的福祉、风险，并承担相应责任”。亚健康的地球能否继续惠益巨大的人口，能否保障人类繁衍和生存，是我们面临的重大考题。
地球系统在晚第四纪的120万年里，一直处于冰期和间冰期的自然交替。自18世纪50年代人类社会工业化以来，人类活动造成全球变暖、空气污染、海平面上升和海洋酸化、土地利用变化、淡水资源匮乏、能源短缺、生物多样性下降、冰冻圈退缩等。人类活动导致的这些不良后果导致我们赖以生存的星球上的气候环境和生态系统的稳定性遭受破坏，持续了12000年的全新世的良好生态环境遭到不可逆转的毁损，严重制约了地球支撑人类发展的能力。
目前，地球气候环境处在一个临界点，加强地球系统管理，增强地球恢复力是一个选项；如若任其发展，地球将跌入不可逆转的“热室地球”，这是最坏的结局（图 7）。1750年世界人口为7.91亿，1950 年增长到25.4 亿，2000年已超过60亿，2019年为78.15亿，估计 2050年将达100亿。面对人类世之前10倍的人口和每年 1亿的增长速率，人类迫切需要寻找一条路径，引导地球系统远离潜在的临界点，恢复到末次间冰期时的环境，保障地球健康和人类发展。
