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碎石堆积层下的地温异常分布现象，特别是碎石堆积层影响下在季节冻土区存在小范围多年冻土的现象，是一个广受关注的自然地理现象，也是冰冻圈科学中有关多年冻土分布规律的一个重要科学问题。 由于在青藏铁路的建设中采用了基于碎石堆积层下地温异常分布这一自然地理现象内在机制的主动降温、保护冻土的工程措施。近年来，对碎石堆积层在上部温度周期性变化条件下的传热特性，及其影响下的多年冻土变化特征进行了广泛研究，取得了许多重要的科学成果。 本文采用机理分析、室内试验和数值模拟相结合的手段，研究了碎石堆积层在地表温度周期性变化条件下传热特性的几个基本理论问题，以及碎石堆积层影响下季节冻土区的地温异常分布特征，得到以下有新意的结果: 通过参数修正，得到了根据粒径和孔隙率计算碎石堆积层渗透率的半经验公式，该公式对粒径在0.3mm到300mm范围内的碎石层的计算结果与实测数据吻合较好，为分析粒径对碎石层通风降温效果的影响提供了理论依据。 通过大尺寸模型的室内模拟试验，发现在稳定降温时段，碎石层中的温度沿深度的变化并非单调，而是一种复杂分布。测得了碎石层中发生自然对流现象的顶底温差阈值。 首次同时测量石块中心与碎石层孔隙中的温度，为碎石堆积层在顶部温度较低的条件下，其中会发生对流换热现象，而产生对其下土体的强化降温作用提供了一个直接的证据。 挖掘了一种计算碎石层中发生自然对流的顶底温差阈值的方法，并通过两种完全不同的试验资料，验证了该方法的有效性。 青藏高原的风沙堆积层无法满足其中发生自然对流运动的顶底温差条件。如果风沙堆积层对其下冻土具有降温效果，其物理机制也不是在顶部低温条件下风沙层孔隙中空气的对流换热作用。 作为对以上关于碎石堆积层传热特性机理研究成果的应用，基于简化模型，计算了寒区排水防冻胀盲沟，这一人造碎石层的温度状况。强调了碎石层在上部温度较低的情况下，其中可发生自然对流运动，从而强化对其周围土体的降温作用，是季节冻土区基础工程建设中应该考虑的一个问题。显示了自然地理科学的研究成果对国家基础工程建设的重要指导价值。 在后续工作中，除了继续深化对碎石层降温机理及其效果的研究，还应该对经媒体报导过的，在季节冻土区发现小范围多年冻土的地点，开展现场监测和样品室内测试，得到具体的地温初值、碎石堆积层颗粒的粒径和孔隙率、以及下伏土层的物性参数和含水量数据。然后基于碎石层降温机理方面的研究成果，利用现场具体气象数据，采用室内模型试验和数值模拟的手段分析、解释季节冻土区出现小范围多年冻土现象的内在机理及其表现特征。这对于丰富自然地理学中关于多年冻土分布的认识具有重要价值，同时这一研究也容易引起大众关注，具有良好社会效益。