近日，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研究员赵天杰团队联合北京师范大学教授蒋玲梅团队及国内外多家科研机构，成功研制并发布了全球高精度长时序冻融数据集，系统实现了对全球特别是青藏高原地区冻融过程的连续、精细和长时序观测，刻画了青藏高原在气候“暖湿化”背景下的冻融响应过程，为评估寒区水资源演变趋势、预警未来供水风险提供了科学依据。

土壤冻融是指土壤中的水分随着温度变化在固态冰与液态水之间反复变化的过程，这一过程深刻影响着地球表层的能量平衡、水循环和碳通量，被形象地称为地球表层的“呼吸”。冻融过程还表现出一定的“记忆效应”，即前期的冻融状态会通过改变土壤热传导和水文特性，影响后续的地表能量与水分分配，从而对生态环境产生持续作用。然而，受限于观测技术和算法性能，长期以来一直难以在全球和区域尺度上精细监测冻融动态变化。

此次发布的数据集包含两个部分。其中，全球近地表土壤冻融数据集时间跨度为2002年至2023年，空间分辨率约为5公里，清晰呈现全球陆地土壤冻结与消融的动态变化。青藏高原近地表土壤冻融数据集（TP-DFA-STA），时间跨度为1979年至2023年，空间分辨率约为25公里，为青藏高原近半个世纪的冻融演变提供了高一致性的历史档案。

青藏高原冻土的稳定性直接影响着亚洲多条大江大河的水源涵养与释放节奏。在全球变暖背景下，该数据集的分析表明，自1988年以来，青藏高原地表冻结日数呈明显减少趋势，平均每年减少0.19天，这一变化主要由秋季冻结开始日期推迟导致。研究还发现，高海拔地区冻结日数的减少速率约为低海拔地区的两倍；多年冻土区变化较季节性冻土区更为剧烈。

赵天杰表示，这种以“冻结推迟、冻期缩短”为特征的变化，短期内可能增加河流水量，但长期来看将削弱土壤的水分调蓄能力，可能对区域未来的水资源稳定供给构成潜在挑战。

土壤冻融循环直接影响春季植被返青、农作物播种等关键物候节点。该数据集分析发现，21世纪以来，北纬45度以北地区中，约14.35%的区域土壤冻结持续时间明显缩短，约9.1%区域冻结开始日期明显推迟。

“这一变化可能改变作物的适宜播种期，影响自然植被的返青时序，并重新分配生长季内的水分与养分，为预测农业气候适宜性、评估生态物候变化、指导农业生产提供了科学支撑。”赵天杰说。

此外，土壤中水冰反复相变引发的冻融侵蚀已成为我国高寒地区不可忽视的生态威胁。数据分析显示，青藏高原约13.26%的区域冻结日数明显下降，局部地区降幅超过30天，并且这种变化主要集中在脆弱的多年冻土区。

冻融循环带来的挑战还延伸至工程建设领域。每当冬季来临土壤冻结抬升，春季来临土壤消融沉降，这种反复的“抬升-沉降”会对工程结构产生持续的应力作用，威胁长期稳定与安全运营。此次发布的数据集总体精度达到83.78%，有助于界定多年冻土与季节性冻土的分布范围，识别冻融交替频繁、状态波动剧烈的工程敏感地带，为青藏高原及类似区域的重大工程选址、设计和长期运维提供基础数据支撑。

目前，数据集已面向全球科研用户开放共享，该团队后续将持续进行更新迭代，以保障数据的时效性与应用价值。