冻土（包括季节冻土与多年冻土）是气候变化的敏感指示器，尤其季节冻结层和融化层。近年来，在祁连山区黑河上游社会经济快速发展，山区各项工程和基础设施建设的力度大大加强。同时，在日益显著的全球气候变暖背景下，黑河上游山区气温的明显升高，导致了多年冻土退化及由此引发的上、下游水文变化、环境和生态系统的变化等问题，从而对系统调查祁连山区黑河上游多年冻土的分布状况提出了迫切要求。因此，研究黑河流域土壤季节冻融过程的时空变化以及多年冻土特征对于系统理解该地区气候与环境变化、生态-水文过程、碳循环、水资源评价、工程建设及资源开发等都非常重要。本文主要研究黑河流域土壤季节冻融过程及多年冻土与气候的关系，得到以下结论：　　⑴1960-2008年，黑河流域1-12月、春、夏、秋、冬四季和年平均气温在年际和年代际尺度上几乎均表现出明显的升高的趋势。除了3月和8月升温不显著之外，1-12月其它月份气温升温速率介于0.26～0.68℃/10a。春、夏、秋、冬四季和年平均气温的升温速率分别为0.31℃/10a、0.28℃/10a、0.37℃/10a、0.50℃/10a和0.37℃/10a。而1960-2004年，四季和年降水量整体上相对稳定、并没有明显的变化趋势。除冬季气温的最高值出现在高台-临泽一线偏东北，四季和年平均气温的最低值和最高值分别出现在托勒-野牛沟一线以南和内蒙古高原的东部。冬季降水量的最小值出现在内蒙古高原的东北部，最大值出现在山丹附近。除此之外，春、夏、秋季和年降水量的最小值一般出现在内蒙古高原的广大地区，最大值出现在野牛沟以东至祁连一线以南。　　⑵1972/1980-2006年，黑河流域0～20 cm年平均土壤温度均表现出显著的升高的趋势。其中，0 cm和5 cm土壤温度升温速率分别为0.58℃/10a和0.63℃/10a，其余均为0.62℃/10a。1972-2006年，黑河流域年最高地表温度也表现出显著的升高的趋势，升温速率为1.27℃/10a;而年最低地表温度则无明显变化趋势。从观测资料较为完整的几个站点来看，1954-2006年黑河流域年平均地表温度表现为先减小-再增大、总体增大的变化特点，并且一般在1960s或1970s达到最低值。从1970s至2000s，年平均地表温度的最小值均位于野牛沟的西南部，最大值均位于内蒙古高原的东部。年最高地表温度和年最低地表温度也大致遵循上述空间分布规律。　　⑶1959-2006年，黑河流域地表冻结指数和融化指数分别表现出显著减小和增大的趋势，倾向率分别为-42.5(℃·日)/10a和85.4(℃·日)/10a。1960-2005年，地表冻融比亦表现出显著减小的趋势，倾向率为-0.018/10a。地表冻结指数的最大值出现在托勒-野牛沟一线以南，最小值则出现在高台-张掖一线的东北部;而地表融化指数的最大值出现在额济纳旗-吉诃德附近，最小值出现在野牛沟西南。随着海拔高度的增加，地表冻结指数和融化指数分别表现出显著增大和减小的变化趋势，地表冻融比亦表现出显著增大的变化趋势，倾向率分别为+37.7(℃·日)/100m、-133.3(℃·日)/100m和0.028/100m。　　⑷1972/1976-2006年，土壤的冻结始日延迟，冻结终日提前，冻结历时缩短，变化速率分别为+2 d/10a，-4d/10a和-6d/10a。1960-2007年，黑河流域最大季节冻结深度呈显著减小的趋势，减小速率为-4.0 cm/10a。这些均与本区域年平均气温升高、特别是冬季气温显著升高密切相关。随着海拔高度的升高，冻结始日提前，冻结终日延后以及冻结历时延长;同时，最大季节冻结深度变大，且达到最大季节冻结深度的日期相应的延后。　　⑸长波辐射在日尺度上变化相对较小，而短波辐射的日变化明显。受降水、云等的影响，净辐射通量、感热通量和潜热通量均表现出明显的、接近于标准的日变化规律。Bowen比的变化具有一定的规律，即在日出、日落前后Bowen比剧烈波动，在日出以后Bowen比会逐渐增大，到正午前后达到最大值，以后又逐渐减小。　　⑹受太阳高度角季节变化的影响，总辐射表现出显著的季节波动，这正是影响地表净辐射产生季节变化的最直接的因素。另外，云量、云状等气象要素也是引起净辐射剧烈波动的主要因素。下垫面状况，特别是土壤水分条件、积雪和植被，直接影响地表反照率的大小，进而也会对净辐射产生重要影响。长波辐射的收支即地面有效辐射年内变化不大，对净辐射季节变化的影响不明显。在冻结和降温阶段地表热流总体上为负，在融化和升温阶段为正，这在其日积分值上也有所体现。潜热通量与降水量和表层土壤含水量密切相关。感热通量在冬半年受积雪的影响较大。　　⑺黑河源头西支的多年冻土下界为3650～3700 m。结合探地雷达和坑探的结果，我们发现:在峨博岭南坡，已不存在多年冻土;在北坡，连续多年冻土下界应大致位于3600 m，岛状多年冻土发育的下界海拔为3389m。西支T6孔地表冻土地貌假象明显发育。这表明，这里曾经发育多年冻土，而如今早已退化成季节冻土。在全球气温转暖的背景下，近20a峨博岭北坡的多年冻土下界却保持基本不变。原因在于，它处于冬季风的迎风坡，大范围的环境气温转暖在该区域似乎影响甚微。另外，春季积雪的降温作用也可能是重要原因之一。　　⑻根据年平均气温与海拔高度的经验-统计模型，借助于黑河流域5km×5km网格化的气温资料，可以生成2008年黑河流域多年冻土与季节冻土的分布图。其中，多年冻土区面积为1.346-1.414×104 km2，约占黑河流域面积的10.47％～11.00％。另外，根据年平均地温的经验统计模型，借助于30m的DEM数据，可以粗略估算黑河流域多年冻土区的面积约为1.317×104km2，占整个黑河流域面积的10.24％。　　⑼受高度地带性的控制，随着海拔高度的降低，黑河源头西支的活动层厚度由在海拔4132m的1.6 m增加至在多年冻土下界处的约4.0 m，多年冻土年平均地温也相应的由-1.78℃增加到0.0℃左右，而多年冻土厚度由100 m以上减小到多年冻土下界处的0.0 m。在峨博岭北坡，即便是地表的微弱起伏，如冻胀草丘、低洼积水，也会使得活动层厚度相应的产生变化。总体上而言，随着海拔高度的升高，活动层厚度均表现出减小的趋势，减小速率为-43.6cm/100m。