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土壤冻结和融化过程是一个非常复杂的过程，对环境变化的响应非常敏感，其复杂的热力作用为地气相互作用研究增加了难度，也成为陆面过程亟待解决的科学问题之一。本论文围绕土壤冻结过程和融化过程变化及其地气间热交换的热点问题，在三江平原选择毛苔草沼泽湿地-小叶章沼泽化草甸-旱田-水田演替序列为研究对象，以“野外观测-现象诠释-机理解释-模型模拟”为研究主线，研究了沼泽湿地演替作用下的土壤冻结和融化过程的变化特征，揭示了不同演替阶段冻融过程土壤热状况，通过模型模拟探讨了沼泽湿地演替对冻融过程中地气间热交换的影响。
三江平原毛苔草沼泽湿地土壤冻结过程为自上而下的单向冻结过程，融化过程则为自上而下和自下而上的双向融化特征。沼泽湿地土壤冻结过程由10月末开始一直到3月下旬，持续时间将达5个月之久，而其融化过程则由4月初到7月上旬持续时间仅为3个月，表现出冻结过程和融化过程在时空格局上一般是不对称的，冻结持续时间长，融化时间短，冻融速度上也存在不对称现象，冻结速度缓慢，融化速度快。
沼泽湿地演替对土壤冻结和融化过程产生显著影响。毛苔草沼泽湿地-小叶章沼泽化草甸-旱田的湿地陆地化演替导致土壤冻结深度增大，融通速率增快，融通时间显著缩短。在旱田-水田陆地湿地化演替进程中，土壤冻结深度减小，但融通时间延迟不明显。
沼泽湿地陆地化演替导致冻融过程中土壤热容量显著降低，而土壤导热率和热扩散率显著升高。在沼泽湿地陆地化演替进程中，土壤热力学特性的变化是导致土壤冻结深度增加、土壤融化速率加快以及融通时间提前的主要热物理学机制。
SHAW模型对小叶章沼泽化草甸、旱田和水田能量平衡要素的模拟结果显示，模型对净辐射和土壤热通量的模拟效果比较好，模型效率均高于0.88，表明在三江平原小叶章沼泽化草甸、旱田和水田进行地气间能量模拟结果是可信的。
利用SHAW模型模拟的小叶章沼泽化草甸、旱田和水田能量平衡要素中的感热通量和潜热通量探讨沼泽湿地演替对冻融过程中的地气热交换影响的结果发现，与旱田相比，在冻融过程中沼泽化草甸的“热汇”效应更为显著，沼泽湿地陆地化演替显著减弱了其“热汇”效应，虽然陆地湿地化演替能增加其“热汇”效应，但水田冻融过程中的热汇效应仍明显小于小叶章沼泽化草甸。