本文以我国北方地区的季节性冻融土壤为研究对象,开发具有独立知识产权的土壤冻融信息检测系统,研究冻融数据处理和分析方法,对土壤冻融过程中的水分和温度变化规律进行了初步研究。具体的研究内容如下所示：(1)从土壤水分测量原理出发,结合土壤温度以及深度测量,研发出一种土壤冻融信息测量传感器。传感器集成高速处理器,采用CAN总线进行通信的分布式控制模式,使整个系统更智能。(2)优化传感器外形设计,采用管式外形,模具化处理,简化了安装、操作过程,降低了对原状土壤的破坏,更适用于野外自然环境下的常期在线监测。(3)针对土壤冻融信息采集的特殊性,研发了两套数据采集及传输系统,分别在实验室和野外进行了长期试验观测,充分验证了系统的稳定性和实用性,同时取得了大量的实验室测量数据,以及一个完整冻融周期在线监测数据,对土壤水热运移规律的分析奠定了基础,也为相关行业提供了测量工具。(4)通过在北京市昌平区小汤山实验基地、西安津汇渠试验区以及新疆石河子炮台镇实验基地等地区,一个完整冻融阶段内信息采集,通过实地测量结果分析得出,土壤的温度变化比较缓慢,具有一定的保温性能。在整个冻融过程内,表面土壤相变比较明显而且较快,深层土壤温度变化比较慢,相变过程不明显。根据土壤水热方程以及相关的初始、边界条件,用实验数据对土壤含冰量进行了计算与分析。综上所述,本研究完成了土壤冻融信息获取方法、测量传感器的研发,以及北京地区土壤冻融模型的初步研究,为促进农林业的可持续发展提供了科学技术保障。