冻土是气候变化的产物，气候变化能引起土壤冻融过程的改变，反之，冻土的变化又会影响陆面和大气之间的水分和能量交换，从而对气候产生影响，气候变化与土壤冻融过程有着重要的相互作用。如何进行合理的土壤冻融过程参数化是所有GCM和气候模式中需要解决的问题。目前用于气候模拟的陆面过程模式中对土壤冻融过程考虑较为简单，不利于开展气候与冻土的相互作用的模拟和预测研究。本文针对NCAR新一代大气环流模式CAM3的陆面子模式CLM3.0中土壤冻融过程参数化考虑的不足，从多个角度对其进行了改进，并探讨了改进的冻土过程对陆面状态变量和气候的反馈。全文的研究工作分为四个方面：　　 (1)对NCAR CLM3.0的冻土过程参数化进行了改进，根据平衡态的热力学关系和考虑含冰量的土壤基质势的经验公式定义了冰点下的最大液态水含量，只有当液态水含量超过最大液态水含量时，土壤水才开始冻结，并在水导率的计算中加入了冰的阻挡作用。利用青藏高原改则站2003年4月1日至2004年12月31日的观测资料进行了单点模拟试验，模拟结果表明，原模式对辐射通量模拟比较准确，但低估了冬季冻结期的液态水含量，高估了冰含量，土壤温度也因此出现偏差，改进冻土参数化后对液态水和冰的模拟明显改善，土壤温度模拟也更接近实测，部分改进了模式对土壤水热过程的模拟能力。　　 (2)利用一套全球范围的大气强迫资料驱动改进冻土过程参数化前后的CLM3.0模式，讨论了陆表状态变量对于冻土过程参数化改进的响应。结果表明，改进上述的冻土过程参数化后，冬季的土壤层含水量增加，而含冰量减少，由于更少的水分冻结，相变释放的潜热较小，地表温度因此下降。土壤含水量和含冰量的异常变化能一直延续到夏季，并因此导致夏季的地表温度升高。地表感热通量和地表潜热通量也发生了显著的变化。陆面状态变量受影响的区域基本上处于冻土区，并且这些状态量的变化与单点试验的结果大致吻合，也进一步验证了单点试验的结果的有效性。　　 (3)将改进冻土过程参数化前后的CLM3.0模式与CAM3耦合，讨论了改进的冻土过程对东亚气候模拟的影响。改进冻融过程参数化后，冬季欧亚大陆上大部分地区存在异常的大气对地表的加热，而夏季转变为异常的地表对大气的加热，尤其是青藏高原对大气的加热作用显著增强。东亚气候对冻土过程参数化方案非常敏感，冬、夏两季气温都有显著的变化。在模式中合理考虑土壤冻融过程后，模拟的冬季西伯利亚高压增强，东亚大槽位置偏西；模拟的东亚夏季风增强，副热带高压增强西伸和偏北，造成华北和长江中下游降水偏多，华南降水偏少。　　 (4)对CLM3.0中土壤冻融相变项的处理进行了改进，并进一步尝试引入了冻土的水热耦合模型，同样利用改则站的资料进行了模拟分析。改进相变项的处理后，浅层土壤的温度模拟较好，而模拟深层的土壤温度出现了一定的偏差。土壤液态水的模拟更为接近观测，并且能够模拟出冬季土壤水分的反复冻融过程。引入土壤耦合模型后，模式暂时还无法长期稳定积分，但从已有的结果中可以看出，引入土壤水热迁移的耦合模型对非冻融期的土壤温度和土壤液态水含量模拟结果有一定程度的改进，而对冻融期的模拟效果不太理想。