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本文模拟试验装置主要由非饱和带土壤单向冻融模拟装置、空气制冷系统、定水头供水系统和温度场自动监测系统组成。本文主要研究了土壤类型、气温降幅等因素对气温与地表温度差的影响；研究了水分在非饱带土壤冻结过程中，水分迁移通量并分析了其影响因子；研究了非饱和带土壤冻结过程中，温度场及含水率的动态变化特征及其影响因素。由于要研究冻结过程中非饱和带温度场的动态变化特征，为此建立了气温数字控制系统和非饱和带温度场自动监测系统，并编制了相应的信息监测与处理软件。
1.土壤冻结过程中同样的气温降幅条件下，沙土要比亚粘土地表温度降幅度大，且随气温的降低，沙土与亚粘土地表温差越大。空气温度的变幅远大于土壤表面温度的变幅。7℃气温降幅条件下，空气的变幅在3℃左右，而土壤的变幅不到1℃。沙土地表温度和亚粘土地表温度变幅差距不是很大。土壤冻结过程中，7℃气温降幅条件下，沙土地表温度始终比亚粘土地表温度低0～4℃。
2.土壤冻结过程中，土壤温变可分为3个阶段，即快速降温阶段，慢速降温阶段和稳定降温阶段。土壤浅层温度受到气温影响比较大，随着土壤深度的增加，土壤的温降速率越来越小。土壤温度变化具有一定的时间滞后效应，随着土壤深度的增加，其滞后效应越来越大。
3.在土壤冻结过程中，沙土水分迁移的时间比亚粘土更要早。在同样的气温降幅条件下，亚粘土从冷冻第8d才开始进行水分迁移，而沙土冷冻不到8d已开始进行水分迁移。但冻结期末亚粘土迁移的水量反而比沙土多。这说明冻结过程中，亚粘土的水分迁移通量比沙土的水分迁移量要大。
4.土壤温度降低的区域，就是土壤水分的聚集区，也就是平常所谓的“聚墒区”。“聚墒区”主要分布在土壤10～30cm深度。土壤冻结过程中，土壤含水量一般增加20％～40％。土壤冻结改变了土壤含水量的垂线分布，冻土中土壤水分运移后多聚集于近地层10～30cm。这一深度正是农作物的主要耕作层，对农作物的生长有很大的作用。
本研究课题是水文学、农田水利学、土壤物理学、水文地质学、冻土学等多学科交叉复合性课题，它的研究不仅有助于拓宽非饱和带水文地质学的研究领域，促进土壤水分迁移基础理论的发展，而且对土壤水和地下水资源有效利用具有一定指导意义。