6.2.1 土壤温度变化特征
土壤温度和土壤水分是形成冻土的决定性因子。根据祁连山森林生态站2002—2011年的近10年地面气象站监测数据，祁连山大野口流域0 cm土壤年均温度为3.3℃，5、10和15 cm深处土壤年均温度为2.3℃，20和40 cm深处土壤年均温度为2.4℃，各土壤深处温度的季节变化动态如图23所示，月均0～40 cm土层土壤温度与月份关系拟合模型为Ts=-0.0051x3+0.2738x2+5.197x3-18.183（R2=0.9619），Ts为土壤温度（℃）。
图23 祁连山大野口流域土壤温度季节变化动态（2002—2011年）
6.2.2 冻土冻融变化过程特征
表30 表明，土壤冻结开始时间在9月21日（2011年）和10月22日（2000年、2004年、2007年）之间，平均在10月11日左右。冻土消融结束时间在6月17日（2011年）和8月11日（2003年）之间，平均在7月18日左右。冻土最大厚度出现在3月23日（2000年）和4月10日（2008年）之间，平均在3月20日左右。冻土冻融过程经历的时间在261天（2003年）和297天（2002年）之间，平均为278天，占全年时间的76.16％。从2000年到2011年的12年间，冻土开始时间和结束时间都有波动性的提早趋势，冻土冻融经历的时间也有波动性缩短的趋势。
表30 祁连山大野口流域冻土冻融时间统计（2002—2011年）
6.2.3 冻土冻融变化速率特征
如图24所示，从10月11日左右开始，土壤开始冻结，随着时间向前推移，冻土厚度逐渐增加，直到3月20日左右，达到最大，为159.6 cm，此后，冻土厚度逐渐减小，直到7月18日左右，季节性冻土消失。
10月11 日至12月10日左右，土壤冻结速率逐渐波动性增加，平均为1.22 cm/d；12月10日至3月20日左右，土壤冻结速率逐渐波动性减小，平均为0.78 cm/d；从3月20日到7月18日左右，土壤冻结速率趋于0，冻土消融开始，在图23中表现为0以下，冻土消融逐渐波动性增加，平均为1.47 cm/d。
图24 祁连山大野口流域冻土冻融厚度和速率变化动态（2001—2011年）(www.xing528.com)
6.2.4 降水与河川径流的关系
根据祁连山森林生态站2002—2011年降水和河川径流监测，10年间河川径流量与降水量变化如图25所示，1—7月份，降水量呈增加趋势，从2.96 mm增加到70.42 mm；8—12月份，降水量呈递减趋势，从65.88 mm递减到4.13 mm。年均降水量为360.1 mm。1—9月份，河川径流量呈递增趋势，径流深从0.32 mm增加23.20 mm，10—12月份，河川径流呈递减趋势，径流深从19.52 mm递减到4.13 mm。年均河川径流为83.45 mm。在一年的周期中，河川径流量占降水量的23.17％。
经回归分析，河川径流量与降水量相关系数r为0.861 7，属强正相关，回归模型为S=2.936P+9.587（R2＝0.7426，S为河川径流量，P为降水量）。
图25 祁连山大野口流域降水与径流季节变化动态（2002—2011年）
6.2.5 冻土冻融与河川径流之间的关系
经回归分析，河川径流量与冻土冻融厚度相关系数r为－0.8377，属强负相关（图26），回归模型为S＝-10.361Fd+1388.498（R2=0.7017，S为河川径流量，Fd为冻土冻融厚度）。
全年河川径流量变化过程中，气温、地温是河川径流变化的主要驱动力，气温通过降水（降雨和降雪）来调节河川径流，地温通过冻土冻融和积雪消融来调节河川径流，而日照时数又影响着气温和地温的变化。如图27所示，祁连山大野口流域气温、土壤温度从7月份开始逐渐降低，日照时数从6月开始逐渐递减，到10月份平均气温降至1.6℃，土壤温度降至3.2℃，日照时数降至116 h；大约在10月11日前后，土壤开始结冻，此时，河川径流速率降至0.002 m3/s，随着冻土厚度逐渐增大，河川径流逐渐减小，且河川径流波动幅度趋于稳定。直到翌年的1月份，气温降至最低-11.8℃，土壤温度降至最低-11.1℃，日照时数降至97.7 h，河川径流表现为地下径流。从1月底开始，气温、土壤温度和日照时数逐渐增大，直到3月20日左右，冻土增厚的速率减到最小，但冻土的厚度增加到最大，此后，土壤开始解冻，直到7月18日左右，土壤冻融结束，气温、土壤温度和日照时数增至最大，气温增至最大14.4℃，土壤温度增至最大15.2℃，日照时数降至157.8 h，河川径流波动最大，而且增加很快，达到全年的最高峰。
图26 祁连山大野口流域径流与冻土冻融厚度动态变化关系（2002—2011年）
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