Las características de transferencia de calor de las capas de roca porosa (PRLs) presentan diferencias estacionales significativas. Esta característica se ha utilizado para proteger el subrasante de permafrost bajo carreteras y ferrocarriles de la degeneración. Sin embargo, en entornos arenosos fríos, se necesita resolver la ley de transformación de las características de transferencia de calor de las PRLs debido al calentamiento climático y al llenado de arena eólica. Este trabajo desarrolló un modelo de transferencia de calor acoplado para el sistema suelo-PRL con el objetivo de analizar el proceso y mecanismo de transferencia de calor convectiva de una PRL cerrada. Además, se cuantificó el impacto del calentamiento climático y el llenado de arena en el rendimiento de enfriamiento de la PRL bajo diferentes temperaturas medias anuales del aire (MAATs) de -3.5, -4.5 y -5.5 grados Celsius. Los resultados numéricos indicaron que la convección natural de la PRL cerrada ocurría solo en invierno, y la altura convectiva efectiva de la capa de roca disminuía con el grosor del llenado de arena. A medida que aumentaba el grosor del llenado de arena, la diferencia de temperatura crítica para la ocurrencia de la convección natural aumentaba, acompañada de disminuciones en el número de Rayleigh, la duración y la intensidad de la convección natural. Cuando el grosor del llenado de arena superaba los 80 cm, la convección natural no ocurriría en la PRL. Bajo un escenario de calentamiento de 0.052 grados Celsius·a, el rendimiento de enfriamiento de la PRL podría compensar el impacto adverso del calentamiento climático y elevar la tabla de permafrost en los primeros 20 años. Además, la PRL cerrada puede ser más efectiva en regiones de permafrost con MAATs más frías. Para las zonas de permafrost arenoso frío, se deben tomar medidas de control de arena para mantener el rendimiento de enfriamiento a largo plazo de la PRL. Este estudio es de gran importancia para guiar el diseño de terraplenes de roca porosa y el mantenimiento de carreteras a lo largo del Ferrocarril Qinghai-Tíbet.