冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气及气候变化起到至关重要的作用。青藏高原大面积的冻土下垫面影响了该地区及周边地区能水循环过程，在高原气候的形成与变化中起到了一定作用。本论文研究了青藏高原单站冻融期的地表水热特征；验证了陆面过程模式CLM3.5在青藏高原的模拟性能；将新的热传导率参数化方案引入耦合了CLM3.5的RegCM4模式中进行了模拟；并进行了有无土壤冻融过程的单点和区域模拟实验。全文研究工作分为以下四个方面：首先，对位于青藏高原东部若尔盖站2010年的观测数据进行了分析，对该站冻融期的地表水热特征有了初步的认识。根据表层土壤日最高最低温度将全年分为完全冻结、消融过程、完全消融、冻结过程4个阶段。分析表明20cm及以上层土壤温度呈正弦型日变化，各层土壤温度和土壤含水量呈现显著年变化。在消融过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤增、土壤温度快速升高；在冻结过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤降、土壤温度快速降低。160cm层已无冻融发生。地表各能量通量日变化、年变化均较显著，其中净辐射、潜热通量呈单峰型年变化；感热通量呈双峰型年变化；地表土壤热通量年变化较复杂，在完全冻结期和冻结过程期从日平均看土壤向大气放热，而在完全消融和消融过程期从日平均看大气向土壤放热。冻融过程对各能量通量有一定影响。冻融期波文比的平均值较完全消融期更大。能量不闭合现象在全年均表现明显，冻融期较完全消融期能量闭合度更小。其次，分别使用CLM3.5和CLM3.0模式对若尔盖站进行了单点模拟实验，通过对比观测值与模拟值验证了模式对高原季节性冻土地区的模拟能力。结果表明CLM3.5能够较好的模拟冻融期土壤温度、土壤含水量、地表各能量通量的变化。CLM3.5中加入了未冻水参数化方案，使模式可以模拟到冻结后土壤中存留的未冻水，冻融期各层土壤含水量的模拟值与观测值较接近，较CLM3.0有了显著改善，同时土壤含冰量的模拟值较CLM3.0减小。在土壤温度的模拟上，CLM3.5较3.0也有一定改进，冻融过程阶段浅层土壤温度日变化的模拟值较CLM3.0减小。由于水与冰热力性质的差异，加入未冻水方案导致冻土热容量的模拟值增大，热导率的模拟值减小，使冻融期土壤温度的模拟较CLM3.0有了一定程度的改善。但模拟中仍然发现了一些问题，如冻融过程阶段土壤含水量骤降骤增的时间均较观测提前；模拟的冻融速率偏大导致冻融过程较真实情况更快完成；模拟的冻结深度较观测显著偏深。然后，针对模拟中出现的问题，发现CLM3.5中土壤基质热导率参数化方案在高原地区计算值显著偏大，由于冻土中冰的高热导率，进一步增大了冻土热导率计算的偏差，故冻融期模拟的偏差较完全消融期更大。将在高原地区计算较为准确的Johansen土壤热导率方案替换模式中原方案并对若尔盖站进行单点模拟实验后发现，新模拟结果较原模拟更好。如显著减小了暖舌冷舌的模拟深度；含水量骤降骤增的时间更加符合观测；冻结期土壤温度模拟值偏低的现象也有一定改善。将Johansen方案引入耦合了CLM3.5的RegCM4模式中，并对整个青藏高原地区进行模拟后发现，80cm及以下深度土壤温度的模拟值出现了明显变化，冬季土壤温度升高，夏季降低，显著减小了土壤温度的年较差。其中土壤温度年较差的减小与观测站点的数据一致。但考虑到模式对气温模拟存在整体冷偏差，这一参数化方案的改进在冬季可以减小土壤温度模拟的偏差，但在夏季却可能增大了模拟的偏差。最后，使用CLM3.5和RegCM4模式分别对若尔盖站和青藏高原进行了有无冻融过程的单点和区域模拟实验。结果表明冻融过程是土壤温度季节变化的缓冲器。冻结过程释放大量相变能量使土壤温度不至太低，减缓了气温降低对陆面的冷却作用；消融过程吸收大量相变能量使土壤温度不至太高，减缓了气温升高对陆面的加热作用。冻融过程使地气系统之间能量交换加强。冻结过程阶段由于相变能量的释放，增大了土壤向大气传输的地表土壤热通量，地表向上辐射、感热潜热通量均增大；消融过程阶段由于吸收相变能量，增大了大气向土壤传输的地表土壤热通量，感热潜热通量均减小。高原地区冻融过程对高低空形势亦有一定影响。高原地区冻结过程增大了高原冬季地表热源，使近地面至高空350hPa温度升高，由于冬季高原处于冷高压控制下，气温升高使位势高度降低；消融过程减小了高原夏季地表热源，使近地面至高空200hPa温度降低，由于夏季高原对流层高层为南亚高压，在高压所在处位势高度增大，故冻融过程对南亚高压的维持可能有一定贡献。在全球变暖的背景下，青藏高原部分多年冻土退化为季节性冻土且活动层厚度增大，冻融过程的区域气候效应随之增大可能会加速冻土的退化。