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青藏鐵路沿線海拔最高和最低點的高差達2000多米，而且要翻過崑崙山、唐古拉山和念青唐古拉山，溫度變化非常複雜。但氣象學家通過刻苦鑽研，還是發現了青藏鐵路沿線的溫度變化呈現3大規律：
一是緯度效應。中國科學院寒區旱區環境與工程研究所的氣象學家李棟樑告訴記者，那曲和託託河兩站處在高原的河谷之中，其地形影響基本相同，海拔高度也基本相同，但那曲的氣溫卻要比託託河高，這主要是因爲託託河的緯度比那曲高的緣故。
二是高度效應。就整個青藏高原平均而言，高度每升高100米，溫度就降低0.55攝氏度到0.7攝氏度左右。從當雄往南，高度每升高100米，溫度就平均降低1攝氏度，1月份時甚至達到1.23攝氏度；從當雄往北到那曲河谷盆地，則是高度每升高100米，溫度就下降0.71攝氏度，再往北到五道樑下降的幅度更小。
三是地形效應。李棟樑介紹，山區溫度一般隨高度升高而降低，但在山腳到山腰間往往有一段溫度是隨高度而升高，這就是山腳逆溫現象，青藏鐵路沿線也有逆溫存在。從地形上看，青藏鐵路共穿過了4個盆地，即柴達木盆地、長江源盆地、那曲河谷盆地和拉薩河谷盆地。這些盆地中，除了拉薩河谷盆地因有地下熱源供熱的緣故外，其餘的盆地底部都存在着逆溫現象，逆溫規律是冬季比夏季強，逆溫強度隨着緯度的升高而增強。由於目前的監測站密度不夠，還不能精確測出逆溫層達到的具體高度，但應該與山脈的高度、坡向、風向、風速等諸多因素有關。
李棟樑告訴記者，凍土問題一直是青藏鐵路建設中的重大難題，其中路基的凍脹和融沉，給青藏鐵路路基的設計和保護增加了難度。弄清楚了青藏鐵路沿線的溫度變化規律，就可以得到寶貴的理論和數據依據，對青藏鐵路的設計施工及青藏高原的生態環境保護，都具有重大的決策參考價值。
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