土壤的冻融过程是青藏高原重要的陆面特征之一。全面变暖背景下青藏高原冻土的变化特征及气候影响是目前气象研究中不可忽略的部分。冻土是地面热状况的反映，本文通过气象台站观测资料分析了1960～2014年青藏高原各层土壤温度的变化趋势及其与气温、降水、冻结深度及积雪深度间的关系;检验了最新陆面过程模式Community Land Model4.5(CLM4.5)中冻土参数化方案的改进在青藏高原季节性冻土区冻融过程模拟的适用性;针对CLM4.5在青藏高原季节冻土区土壤冻融过程中的模拟偏差，将更适用于高原的土壤热导率及有机质参数化方案应用到模式中，提高了模式的模拟能力，青藏高原季节冻土冻融过程中的水热及地表各能量通量的模拟值与观测值更加接近;在单点模拟改进的基础上，进一步对高原近50年的土壤水热、能量及冻结深度变化特征进行了高分辨率的模拟;同时将陆面模式的改进应用到最新版本的区域气候模式Regional Climate Model4.5(RegCM4.5)中，同时以气象台站的最大冻结深度观测资料为指标确定高原季节性冻土的冻结强弱年，模拟分析不同冻结强度下青藏高原地表能水及高低空环流形势差异。全文分为以下五个部分:　　首先，通过对青藏高原66个气象台站观测点1960～2014年0～320cm土壤温度观测资料的筛选，在表层(0cm)选取了62个站点，浅层(5/10/15/20cm)选取了49个站点，深层(40/80/160/320cm)选取了17个站点的观测资料用于高原土壤温度变化特征分析，同时分析了表层相应站点的气温、降水、冻结深度及积雪深度的变化特征。在过去的55年中，青藏高原表层土壤年平均增温率为0.47℃/10年，浅层及深层土壤年平均增温率为0.36℃/10年，近地面气温年平均增温率为0.36℃/10年，青藏高原表层土壤年平均增温速率大于近地面气温增温速率，高原冻土对气候变暖的响应极为敏感。青藏高原降水总量的年平均增加速率为7.36mm/10年;最大冻结深度的年平均减小速率为5.58cm/10年;最大积雪深度年平均减小速率为0.07cm/10年。高原冻土的退化速率远大于积雪深度的减小速率。青藏高原各层土壤温度特别是表层及浅层土壤温度与近地面气温间存在显著的正相关关系;降水总量与土壤温度之间总体以负相关为主，但高原冻土的存在使一部分站点的土壤温度与降水总量间存在显著的正相关关系，且这种正相关关系在秋、冬季更为普遍。当地表处于过冷状态时，降水作为热源影响了地面土壤的冻融状态，缩短了土壤的冻融期，使地面土壤温度偏高。高原积雪厚度与土壤温度间的关系以负相关为主。高原积雪厚度普遍较薄，积雪对土壤的保温作用并不显著。春季积雪厚度减小，地表反照率降低，地表长波辐射损失减小，诱使地表土壤增温，积雪厚度与土壤温度呈显著负相关关系。　　其次，检验了CLM4.5土壤水属性参数化方案的改进在青藏高原季节性冻土区冻融过程的模拟能力。为了使评估更加合理，使用CLM4的土壤水属性参数化方案替换至CLM4.5中作为敏感性实验，并以原模式的模拟结果作为参考，分析不同土壤水属性参数化方案对高原季节性冻土冻融过程模拟的影响。为了使评估更加全面，选取了若尔盖和玛多草地两个土壤质地存在明显差异的站点分别进行单点模拟分析。结果表明，CLM4.5中土壤水属性参数化方案的改进使模式在若尔盖站的模拟能力有所提高，模拟结果较原方案有一定程度的改善。但是在玛多草地站，新方案则没有体现出优越性。CLM4.5土壤水属性参数化方案的改进甚至在一定程度上增大了原方案在土壤液态水含量模拟方面的湿偏差，这可能与模式参数化方案没有考虑砾石等粗粒质成分有关，模式的参数化方案仍需进一步完善。针对模式中冻土参数化方案的不足，将前人对青藏高原土壤热导率及有机质的参数改进应用到CLM4.5中，验证了模式在高原季节冻土区冻融过程模拟能力的提高。　　然后，采用北京师范大学发布的中国土壤粒径分布数据集提高陆面过程模式中地面资料数据的准确度，截取中国区域气象驱动数据集的青藏高原部分作为强迫资料，驱动参数改进的陆面过程模式CLM4.5，对青藏高原区域进行为期50年的模拟(1961～2010)。模拟结果表明，青藏高原大部分季节冻土区表层及浅层土壤增温速率为0.3～0.5℃/10年，深层土壤增温范围明显较小但具有极强的区域异质性，深层土壤最大增温速率可达到0.77℃/10年。然而，从1981～2010年近30年的土壤温度变化趋势来看，深层土壤增温明显，增温速率在0.02～0.49℃/10年间，相比于60年代初期，青藏高原80年代至今各层土壤尤其是深层土壤在近30年间经历了较为快速的增温过程。高原土壤液态水含量总体增大，深层土壤液态水含量的变化速率较大，最大值为5％/10年;浅层土壤液态水含量变化速率最小，增加速率为1％/10年。感潜热通量整体减小，减小速率最大值分别可达到4Wm-2/10年、2Wm-2/10年;地表净辐射整体降低，最大减小速率为2Wm-2/10年;地表土壤热通量总体上升，增加速率范围在0.02～0.05Wm-2/10年。此外，高原季节冻土冻结深度的减小速率在0～10cm/10年;部分多年冻土活动层厚度有所增加，增加速率主要在5～8cm/10年间。青藏高原多年冻土在70年代中期、80年代末、90年代末分别经历了不同程度的退化。2000年初，高原多年冻土持续退化。　　最后，将陆面模式的改进应用到最新版本的区域气候模式RegCM4.5中，分析陆面过程参数的改进对整个青藏高原地表水热循环模拟的影响。模式中陆面状况的改进对整个青藏高原地表水热状况及能量通量模拟有明显的影响。模式中土壤热导率的明显减小增大（减小）了高原春季（夏季）和冬季（秋季）土壤温度的模拟值。冬春季土壤液态水含量模拟值减少，土壤含冰量模拟值增加。同时，高原冬春季地表土壤温度模拟值的增大也使感热通量的模拟值增大，净辐射模拟减小，地面热源作用加强。高原土壤冻结作用的强弱对地表能水分布状况也有重要影响。土壤冻结作用较强时，春季（秋季）地表吸收（释放）较多的相变潜热，大气向地表的能量传输加强，地表土壤热通量增大，地表土壤温度低于（高于）冻结较弱年。土壤冻结作用较强，春季土壤温度偏低，地表长波辐射的损失较小，净辐射普遍大于冻结弱年;秋季地表土壤温度相对较高，高原地气温差减小，地表感潜热通量较小，地面热源作用也较弱。　　高原土壤冻融作用强弱与夏季高原高空环流形势、近地面气温、风场及降水状况有关。当高原土壤冻融作用较强时，夏季100hPa位势高度处南亚高压位置偏西，高原上空高压强度较弱，高原西北及北部地区近地面气温偏高，高原东南地区近地面气温偏低，高原南侧印度北部地区降水增强;当高原土壤冻融作用较弱时，南亚高压中心东移，整个高原上空被强高压所控制。高原东南地区近地面气温偏高，西北及北部地区近地面气温降低，高原东侧东亚降水量增加。高原上空500hPa位势高度处副热带高压则呈现出土壤冻融作用弱（强），高压强（弱）的模态。当高原土壤冻融作用弱（强）时，南亚高压与副热带高压同强（弱），高原上空西风带增强（减弱）。