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青藏铁路沿线海拔最高和最低点的高差达2000多米，而且要翻过昆仑山、唐古拉山和念青唐古拉山，温度变化非常复杂。但气象学家通过刻苦钻研，还是发现了青藏铁路沿线的温度变化呈现3大规律：
一是纬度效应。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的气象学家李栋梁告诉记者，那曲和托托河两站处在高原的河谷之中，其地形影响基本相同，海拔高度也基本相同，但那曲的气温却要比托托河高，这主要是因为托托河的纬度比那曲高的缘故。
二是高度效应。就整个青藏高原平均而言，高度每升高100米，温度就降低0.55摄氏度到0.7摄氏度左右。从当雄往南，高度每升高100米，温度就平均降低1摄氏度，1月份时甚至达到1.23摄氏度；从当雄往北到那曲河谷盆地，则是高度每升高100米，温度就下降0.71摄氏度，再往北到五道梁下降的幅度更小。
三是地形效应。李栋梁介绍，山区温度一般随高度升高而降低，但在山脚到山腰间往往有一段温度是随高度而升高，这就是山脚逆温现象，青藏铁路沿线也有逆温存在。从地形上看，青藏铁路共穿过了4个盆地，即柴达木盆地、长江源盆地、那曲河谷盆地和拉萨河谷盆地。这些盆地中，除了拉萨河谷盆地因有地下热源供热的缘故外，其余的盆地底部都存在着逆温现象，逆温规律是冬季比夏季强，逆温强度随着纬度的升高而增强。由于目前的监测站密度不够，还不能精确测出逆温层达到的具体高度，但应该与山脉的高度、坡向、风向、风速等诸多因素有关。
李栋梁告诉记者，冻土问题一直是青藏铁路建设中的重大难题，其中路基的冻胀和融沉，给青藏铁路路基的设计和保护增加了难度。弄清楚了青藏铁路沿线的温度变化规律，就可以得到宝贵的理论和数据依据，对青藏铁路的设计施工及青藏高原的生态环境保护，都具有重大的决策参考价值。
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