冰冻圈作为地球系统的重要调节器，在全球能量平衡、水循环、碳循环及甲烷循环等过程中发挥着不可替代的作用。然而，随着全球气候持续变暖，冰冻圈正在发生广泛而快速的退化，如何从地球系统整体视角科学评估冰冻圈变化的安全界限，以及如何系统界定其安全边界，是当前全球变化与可持续发展研究面临的重要科学问题。

针对这一科学问题，清华大学陈德亮院士研究团队整合冰冻圈科学、气候变化与地球系统科学的最新研究进展，首次提出冰冻圈安全运行空间（Safe Operating Space，SOS）框架，综合评估全球冰冻圈变化对地球系统稳定性与韧性的影响，揭示在人类活动驱动的气候变化影响下，全球冰冻圈已超出其安全运行空间，对地球环境、生态系统及人类社会的可持续发展构成日益严峻的长期风险。

图1 冰冻圈的地球系统功能及其安全运行空间框架

研究选取四项关键控制变量，包括陆地冰储量、海冰面积、积雪覆盖面积以及多年冻土平均温度，以过去约11700年的全新世为参照时期。研究发现，全球海冰、积雪和多年冻土的变化已持续偏离全新世自然变率范围。全球陆地冰储量虽然尚未低于全新世的最低水平，但考虑到冰盖和冰川对气候变暖存在显著的滞后响应，当前变暖所导致的未来冰量损失已使其面临超出历史基准范围的风险。

研究进一步指出，冰冻圈变化不仅是全球气候变暖的直接结果，还可能通过多种反馈机制反过来加剧气候变化和生态退化。这些相互关联的过程可能加速冰冻圈退化，削弱地球系统的自我调节能力，并使冰冻圈恢复至历史稳定状态变得更加困难。因此，冰冻圈变化不应仅被视为气候变化的局部环境影响，而应作为关系地球系统整体稳定性与韧性的重大科学和治理问题加以重视。

研究为深化冰冻圈与地球系统相互作用的科学认识提供了新的综合分析框架，也为完善行星边界理论提供了重要依据。研究建议，未来应进一步探索将冰冻圈明确纳入行星边界框架，以更加全面地识别全球环境变化风险。在政策与治理层面，研究强调，冰冻圈退化主要由人类活动引起的气候变化驱动，同时也受到黑碳排放、工业活动及基础设施扩张等区域性人为扰动的影响。为降低冰冻圈进一步退化及其相关地球系统风险，国际社会亟须加快温室气体减排，加强黑碳等污染物控制，并减少冰冻圈敏感地区的人为扰动。

上述成果以“冰冻圈已超出行星安全运行空间”（The Cryosphere Beyond a Planetary Safe Operating Space）为题，于2026年11月13日在《科学》（Science）在线发表。

斯德哥尔摩大学苏勃博士为论文第一作者，中国科学院外籍院士、清华大学地球系统科学系陈德亮教授、斯德哥尔摩大学王兰—埃兰松（Lan Wang-Erlandsson）博士和苏勃博士为共同通讯作者。合作者包括斯德哥尔摩大学、哥德堡大学、北京师范大学、波茨坦气候影响研究所、地球委员会、国际冰冻圈科学协会、世界气候研究计划气候与冰冻圈项目、第三极环境计划及世界自然基金会北极项目等机构和国际组织的30余位科学家。

全文链接: http://www.science.org/doi/10.1126/science.aef5636

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2009年提出的行星边界（Planetary Boundaries）框架，通过识别维系地球系统稳定性和韧性的关键生物物理过程，为界定人类社会的安全运行空间提供了重要科学基础。然而，尽管冰冻圈对全球气候调节和地球系统稳定性具有重要作用，其安全边界此前尚未得到系统界定，也未被明确纳入行星边界框架。

受气候变化影响，冰冻圈的变化伴随着冰雪覆盖减少，降低地表反照率，使地球吸收更多太阳辐射；多年冻土融化可能释放原先储存的碳，进一步增加大气中的温室气体浓度。这些相互关联的过程可能加速冰冻圈退化，削弱地球系统的自我调节能力，并使冰冻圈恢复至历史稳定状态变得更加困难。因此，冰冻圈变化不应仅被视为气候变化的局部环境影响，而应作为关系地球系统整体稳定性与韧性的重大科学和治理问题加以重视。

为系统揭示冰冻圈的安全运行边界，陈德亮院士团队主导了研究框架构建，该成果发表于第31届《联合国气候变化框架公约》缔约方大会（COP31）在土耳其安塔利亚召开期间，也正值联合国“冰冻圈科学行动十年”（2025—2034年）实施初期。该框架可为全球及区域层面的冰冻圈保护、气候治理和可持续发展政策提供科学参考。