地球冰冻圈构成一个巨大的气候敏感碳储层,不仅以多年冻土土壤碳的形式存在,而且还以甲烷储集层的形式存在于多年冻土及冰盖之下。气候变化威胁着这个庞大的碳库,地球冰冻圈平均每年以8.7万平方公里的速度在缩减。多达80%的北方森林区域位于多年冻土带。在过去的二十年里,火灾每年至少破坏1%的森林面积,且火灾频率有增加的趋势。另外,位于欧亚大陆多年冻土带南缘的西伯利亚东南部地区及中国东北多年冻土区冻土退化剧烈,引发了较多的泥石流、滑坡、地面不均匀沉降及热融湖等地质变化。多年冻土融水及储存气体（由于钻探发现在多年冻土气体中甲烷气体占比较高,所以本论文以甲烷气体研究为主）的运移并积累引起孔隙压力变化可能是上述地质变化逐渐增加的重要影响原因。为了探究中国东北多年冻土退化特性,甲烷排放机制及其对野火和地表变形的影响,本论文选取位于中国东北北部的孙吴-嘉荫盆地（向北与俄罗斯境内的布列亚-结雅盆地连为一体）边缘小兴安岭地区的北安至黑河高速公路K153-K183路段路域多年冻土沼泽地带为研究区,地理位置在127°17ˊ31?—127°21ˊ24?E和49°30ˊ57?—49°41ˊ50?N之间,此区域属中国高纬度多年冻土区南部边缘地带。在研究区布设甲烷浓度传感器、大气温度传感器、孔隙水压力传感器、大气电场仪及土壤温度传感器等监测设备,长期监测相关数据变化。采用高密度电法（HDR）、探地雷达（GPR）、现场钻探及Modis遥感数据等方法,对研究区冻土分布、冻土退化特征、地表甲烷浓度变化特征及地质状况进行勘察,并结合哨兵2号（SENTINEL-2 L1C）遥感影像、无人机拍摄照片和三维影像重构,分析了相关地质环境变化;借助搭载于Aqua卫星上的大气红外探测器（AIRS）遥感数据,进一步分析了中国东北地区近地面对流层大气甲烷浓度时空变化规律,并建立了多孔介质气体运移模型对甲烷气体运移机理进行仿真分析;基于遥感数据Landsat TM和Sentinel-2遥感影像分析了多年冻土区甲烷气体排放与野火的相关性,通过室内气固摩擦电荷移动试验,验证了气体与固体土颗粒摩擦导致土体电位差异现象,并结合现场大气电场仪数据分析揭示研究区季节性野火发生机制;在研究区现场滑坡区域及不均匀沉降区域进行现场勘探并布设位移计及沉降仪,借助附近的孙吴国家气象站数据,并通过室内三轴剪切试验及高压甲烷气体（甲烷水合物分解）对土体破坏试验,分析了区域地表变形（山体滑坡和地面不均匀沉降等）影响机理;进一步利用双强度折减理论、考虑甲烷气体影响的水热气及变形耦合理论及水合物分解动力学理论建立多年冻土退化区冻土融水及气体运移对上覆层破坏模型并开展相应仿真分析。研究结果如下:（1）自2004年开始,小兴安岭地区多年冻土正在快速退化,其退化表现为冻土层下限逐渐上升,上限逐渐下降,且下限上升幅度明显高于上限下降幅度。（2）中国东北地区近地面对流层CH4浓度增长率随季节变化不尽相同,整体上看春季CH4浓度平均增长率最大（6.120ppbv/a,600h Pa）,秋季和冬季CH4浓度平均增长率次之（5.830ppbv/a,600h Pa）和（5.470ppbv/a,600h Pa）,夏季CH4浓度平均增长率最低（4.030ppbv/a,600hpa）,而多年冻土退化区产生甲烷气体是东北地区对流层中甲烷的重要来源,主要包括微生物作用、湿地地下水输送的甲烷、储存在冻结层内的地质甲烷（亚稳态甲烷水合物,稳态甲烷水合物及地下深处或煤层产生的产热甲烷）等。（3）依据研究区冻融情况,每年甲烷气体的释放主要分三个阶段,甲烷气体释放第一阶段是春季高浓度短期排放阶段（3-5月春季冻融,释放周期为5天左右,地表浓度超过1000ppm）,甲烷气体释放第二阶段是夏季较高浓度长期稳定排放阶段（6-8月夏季地表不冻,释放周期为2月以上持续排放,地表浓度可达453ppm）,甲烷气体释放第三阶段是秋季较高浓度短期排放阶段（9-11月秋季融冻,释放周期为3天左右,地表浓度可达326ppm）。（4）除了雷击火和人为火灾之外,小兴安岭多年冻土区沼泽区域在每年春季均会出现野火,而此部分野火燃烧发生区域多集中在温度较低且湿度较大的低洼沼泽区域,而不是温度较高湿度较低的区域,而多年冻土沼泽释放的甲烷气体是此部分野火的影响因素,其春季两者相关系数最高可达0.7。沼泽区域释放的甲烷气体及水气交换引起的不断地近地面空气放电及地表逐渐积累的静电现象将会引燃地表空气中的甲烷气体及植物残体,进一步增加寒区火灾的发生概率。而由于地表高浓度甲烷气体的存在,当雷击和人为火点接触地面后,将更可能被引燃发生野火。另外,当甲烷气体与气溶胶（如灰尘、海盐、硫酸盐和黑碳等大气颗粒）结合时,甲烷的变暖潜力更大,所以由于气溶胶的存在将会进一步提高甲烷气体对大气升温的影响,进而增加野火的发生。（5）随着小兴安岭多年冻土逐渐退化,多年冻土层内部储存的地质甲烷及水分逐渐向地表运移并在地表积累形成局部高孔隙压力,形成类似锅盖效应的状态,而高孔隙压力及增加的渗透率可以导致沉积物有效应力、摩擦强度及内聚力降低的减少,土体结构被破坏,进而导致地表变形形成类似滑坡、地面不均匀沉降及地面突起等,其中当水-气影响折减系数由1.0下降到0.72后,坡体的稳定系数从1.16下降到0.94;而当水合物分解形成气体压力从0.11增加到2.14后,土体破坏半径由1.62增加到2.52。