随着全球气候变暖趋势的加剧,极区海冰以及高、中纬度和高海拔地区的冰盖作为全球气候系统的重要组成成分,受到了广泛的关注。相对于冰动力学研究而言,冰热力学机制的基础研究在气候变化中起的作用更为关键。本文主要以分布参数系统辨识理论和偏微分方程数值计算方法为手段,通过建立非线性分布参数系统辨识模型对海冰和淡水冰(湖冰和水库冰)热扩散系数开展深入研究。本研究分别基于南极中山站附近固定冰现场观测及冰芯采集数据、黑龙江省红旗泡水库和青藏高原北麓河热融湖观测数据辨识得到南极海冰热扩散系数与孔隙率关系以及湖冰和水库冰热扩散系数与温度之间的关系,对深入理解冰内热传递行为具有重要价值。本文研究工作所取得的主要结果可以概括如下：1.针对冰内热传递过程,构造含冰热扩散系数在内的一维冰热力学非线性分布参数系统,利用偏微分方程理论阐述系统的性质及弱解的存在唯一性条件。以冰热扩散系数为辨识参数,计算冰温与实测冰温的偏差为性能指标函数,建立非线性分布参数系统辨识模型,论证了该模型最优参数的存在性及最优性条件。所建立的参数辨识模型减小了之前文献中同时辨识海冰热传导系数、比热和密度多个物理参数的复杂性和不确定性。2.考虑到海冰重要热力学参数—热扩散系数主要由冰温度、盐度和密度控制,而孔隙率又可以作为温度、盐度和密度的综合物理指标,我们直接开展海冰热扩散系数与孔隙率之间关系的研究。依据2006年中国第二十二次南极科学考察度夏和越冬期间现场观测及冰芯采样取得的南极中山站附近固定冰数据,构造描述海冰热传递过程的一维冰热力学非线性分布参数系统,以海冰物理、热学中关于热扩散系数的理论变化趋势和范围转化的数学表达式为具体约束条件,计算冰温与实测冰温的偏差为目标函数,建立针对海冰热扩散系数的参数辨识模型,利用优化遗传算法,首次得到南极海冰热扩散系数与孔隙率之间的关系。利用辨识的南极海冰热扩散系数以及已有文献中海冰热传导系数、比热和密度的公式分别对2005年南极海冰温度进行数值模拟,并与实测冰温数据进行比较,数值模拟对比结果表明辨识的热扩散系数是合理的。辨识结果不仅首次实现了直接通过孔隙率作为综合物理指标评价理解海冰的热扩散系数,而且简化了之前利用海冰温度、盐度和密度研究热传导系数、比热从而确定热扩散系数的复杂繁琐计算过程。3.鉴于淡水冰性质主要由冰温决定,而已有文献中淡水冰热扩散系数的确定要么间接计算得到,要么虽然通过数值计算和实验技术直接得到,但是数值结果和实验结果存在巨大差异,尤其是在相对高冰温区域(-3℃-0℃)。针对这种情况,基于黑龙江省红旗泡水库以及青藏高原热融湖现场观测数据,将冰层分成小区间讨论,建立辨识淡水冰热散系数的非线性分布参数系统辨识模型,分别得到了水库冰及湖冰热扩散系数随冰温的变化情况。从总体趋势来看：在接近冰点温度的相对高冰温区域(-3℃～0℃),水库冰和湖冰热扩散系数变化显著,随冰温升高剧烈降低,并在冰点温度附近与水的热扩散系数值接近；在相对较低冰温区域(-15℃～3℃),水库冰和湖冰热扩散系数虽然都随冰温降低而缓慢升高,但是湖冰的热扩散系数值要大于水库冰热扩散系数。经过比较分析,发现了在相对高冰温区域(-3℃～0℃)淡水冰热扩散系数的剧烈变化过程和在相对低冰温区域(-15℃～3℃)淡水冰热扩散系数受冰内气泡含量和尺寸影响的证据,为淡水冰热扩散系数的变化提供了合理的物理解释。并且相变所导致的冰内热扩散系数的变化以及气泡尺寸含量大小分别是影响相对高温区域(-3℃～0℃)与低温区域(-15℃～3℃)水库冰和湖冰热扩散系数异同的主导因素。与以前文献中淡水冰热力学数值结果与实验结果比较,揭示了辨识得到的水库冰及湖冰热扩散系数变化总体趋势与以前文献中实验结果相互印证,而相对高冰温区域(-3℃C～0℃),水库冰及湖冰热扩散系数剧烈变化情况是对以前文献中忽视“高温”淡水冰热扩散系数数值研究结果的一种丰富和补充。