大气温度在一天和一年内发生着周期性的变化；受大气温度的影响，路面温度也在一天和一年内呈现周期性的变化。图3-3是上海某一天的气温和太阳辐射的日变化曲线，图3-4则表明了沥青路面和水泥路面温度的日变化曲线。气温和太阳辐射强度每日发生周期性的变化，路面温度场也随之发生周期性的变化。气温、太阳辐射强度和路面温度场的日变化过程在晴天条件下有一定规律可循。但在其他天气条件下，气温、太阳辐射强度和路面温度场的日变化过程则比较复杂。
图3-3 上海某一天气温和太阳辐射的日变化过程（晴天）
图3-4 路面温度场的日变化过程
晴天条件下，日气温一般在12点至14点之间达到最高，在凌晨4点至6点之间达到最低。这样，从最低气温上升到最高气温大约需要10小时，而从最高气温降至最低气温却需要14小时左右。在日出后2～4小时气温上升最快，而在日落前1小时左右气温下降最快。太阳辐射强度通常在正午前后达到最大值，上午上升的过程和下午下降的过程基本对称。而在其他天气条件下，气温和太阳辐射强度的日变化过程因为受到其他众多自然因素的影响，变化比较复杂。
在多数情况下，路面温度的变化规律都与气温和太阳辐射强度的综合变化规律十分接近。气温和太阳辐射的变化对于路面表面的温度可以产生即时的影响。在接近表面处，路面的温度变化与气温几乎同步。但是热量沿路面结构深度方向的传导需要一定的时间，环境因素的影响并不能马上反映在路面结构的深处。因此，随着路面结构深度的增加，温度的变化较气温和太阳辐射强度而言越来越滞后。可见，环境因素对于路面结构深处温度的影响具有滞后性，而对于路面结构各层温度的影响则表现出累积性，即前一时段的热量将会在路面中形成累积，影响路面目前甚至下一时段的温度。所以，路面温度的变化滞后于气温和太阳辐射的变化，并因热特性参数不同而与气温不同。路表面的温度一般高于气温，尤其是在夏季，最大可能高出20～25℃。
总体而言，路面温度场的分布不仅与当前的气温和太阳辐射的状况密切相关，也是二者在之前一段时间内变化情况的累积综合作用的结果。另外，随着路面结构深度的增加，环境因素对路面温度的影响程度也逐渐减弱，温度的日变化差异越来越小。
路面结构内部的温度与路面表面温度或气温、太阳辐射的变化步调相比呈现出滞后性，这种滞后现象随着深度的增加而愈发显著。图3-5即为路面温度沿深度分布的示例，可以看出，路面温度沿深度分布比较复杂；国内外的研究表明，沿深度一般呈三次曲线分布。
图3-5 夏季路面温度场沿深度分布
路面结构不同深度的温度不同，将对路面结构受力状况和性能造成复杂的影响。将路面顶面和底面的温度差除以其厚度，即单位深度（或单位厚度）的温度变化量定义为温度梯度，则该梯度在一天内经历了由负（顶部温度低于底部温度）到正（顶部温度高于底部温度）再到负的循环变化，具有同气温变化近乎同步的周期性特点，通常在早晨某一时刻（如8：00）梯度接近于零，午后某时刻（例如13：00—14：00）达到最大值，而在凌晨某时刻（3：00—5：00）达到最小值，如图3-5所示［3］。(www.xing528.com)
云和雨对路面的温度状况有很大影响，特别是在接近路面的表面处。云层遮住太阳时路面受到的辐射热减少，多云天气的路面面层温度日变化曲线将呈现波动，出现许多小的峰值；雨天时日气温变动很小，面层内各深度处的温度变化也波动很小，如图3-6所示。
图3-6 雨天时沥青路面层温度变化曲线
图3-7 沥青面层月平均温度的年变化曲线
除了日变化之外，路面不同深度处的温度还随着气温的变化而经历着年变化，如图3-7所示为沥青面层不同深度处的月平均温度变化的情况。可以看出，平均气温最高的7月和最低的1月，面层的平均温度也相应是最高和最低的。
近期的研究发现［5］，路面温度不仅受到每日周期性变化的各种环境因素的影响，还与处于路面结构下方的大地产生着持续的热量交换，如图3-8所示。由此推论，路面中每一点的温度可以视为由两部分叠加，即地温影响所决定的相对稳定的基准温度和气候短期波动所决定的周期性变化的叠加，如图3-9所示。
图3-8 外部因素对沥青路面温度场的影响
图3-9 路面温度外部影响因素的叠加
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