利用1961-2010年黄河流域143个测站降水量和雨日资料， 分析了黄河流域年、 季降水和雨日的时空变化特征。结果表明： （1）多年平均年降水量和年雨日空间分布特征均呈北少南多。(2)年降水量和年雨日变化趋势相一致， 二者均呈减少趋势， 年降水量负趋势的测站数达81.8%， 年雨日负趋势达88.8%， 即年雨日较年降水的减少趋势更显著。(3)在季节变化方面， 除冬季外， 春、 夏和秋季的降水量和雨日都是负趋势， 特别是秋季减少最显著。四季降水量通过显著性水平检验的负趋势站数从多到少依次为秋季＞春季＞夏季＞冬季, 雨日则为秋季＞夏季＞春季＞冬季。(4)流域年降水和年雨日一致突变点为1985-1986年， 其降水量及雨日减少主要原因是大气环流发生了变化， 1986年以前黄河流域降水和雨日偏多是由于季风较强， 使水汽得到有效输送和河套西北部的风向辐合造成的， 而突变后降水和雨日减少与季风偏弱、 缺乏有效的水汽输送和蒙古至河套的反气旋环流有关。

利用中尺度气象模式WRF，  设计了陆地生态环境好转、 维持现状和退化3种情境下的模拟试验，  分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明，  夏季晴天中午至傍晚，  鄂陵湖有显著的湖风环流； 白天湖面感热和潜热较小，  昼（夜）表现出明显的冷（暖）湖效应； 湖区低层全天呈现出“湿岛”效应； 受湖风作用影响，  环湖陆上白天形成“湿墙”和感热高值区； 随着陆地生态环境由好转到退化，  湖风环流加强，  环湖“湿墙”增高，  湖陆边界层高度差增大，  陆面感热和潜热变化显著大于湖面； 陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响，  环境退化后分别升高和减小，  而在边界层顶部由于受湖风环流的作用，  两者变化趋势与中下部相反。

通过对黄河源区气温、降水量、NDVI指数变化以及NDVI指数与气温、降水量的相关性进行分析,结果表明:黄河源区气温近50年呈升高趋势;源区近34年年降水量呈减少趋势,20世纪80年代源区降水量较多,比较湿润。近20年黄河源区及源区东北部植被覆盖较差,且不容易保持,达日及源区东南部植被覆盖相对较好,且容易保持;源区植被覆盖与气温、降水量均呈正相关关系,降水量对植被覆盖的影响比气温的影响大。

基于1959-2008年黄河流域92个测站降水量和NCEP/NCAR再分析资料, 研究黄河流域夏季降水的时空变化和周期特征, 及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明, 黄河流域夏季降水呈现由东南向西北逐渐减少的分布特点, 其夏季降水的异常空间型主要有3种: 全流域一致型, 东南多(少)西北少(多)型, 西南多(少)东北少(多)型。当夏季东亚副热带西风急流中心异常偏北(南)时, 同期黄河流域中上游地区降水偏多(少), 下游降水偏少(多); 东亚副热带西风急流中心异常偏东(西)时, 黄河流域上游降水偏多(少), 中下游地区降水偏少(多)。

2016年7月19 -21日华北地区出现了一次影响范围广、 累积雨量大、 持续时间长、 局地雨强大的极端强降水过程， 强度仅次于1963年8月8 -9日极端降水事件， 河北多地及北京的降水总量和持续时间超过2012年“7·21”特大暴雨。本文利用地面自动气象站、 气象卫星以及NCEP再分析等资料对导致此次特大暴雨的环流配置尤其是黄河气旋的发生发展等特征进行分析。结果发现， 深厚的华北低涡、 与低涡相联系的西风槽、 副热带高压以及低涡诱发的黄河气旋是此次暴雨的直接影响系统。副高的阻挡使得气旋移动缓慢， 且移动过程中两次呈现逆时针旋转路径。地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层正涡度平流之差较大的区域移动。同时， 由于降水产生的凝结潜热释放和上升运动产生的正反馈作用， 引导气旋向上升运动强的地方移动。强降水造成的潜热反馈对低层位涡增长起了重要的作用， 有利于地面黄河气旋系统生成。同时， 高空高位涡沿等熵面下传与低空系统耦合， 并与地面气旋上空的暖平流成正反馈作用， 进而导致地面黄河气旋迅速发展。卫星水汽图像水汽暗区的干带具有高位涡特征， 将其与高层位涡场结合分析， 有助于在水汽图像上对高空动力特征的发展演变进行判断， 为温带气旋的监测提供参考。

利用2014年6月1日至8月31日中国科学院麻多黄河源气候与环境综合观测站（下称麻多站）陆面过程观测试验资料，将大气和地表因素之和作为环境因子探讨其对潜热通量的影响，分析了太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地下垫面潜热通量的影响，并对其进行了定量化评估（即控制参量）。结果表明：（1）太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对大气因素控制平均为0.98和0.02，即太阳辐射是影响潜热通量的相对大气因素控制的主要因子，水汽压差的影响可忽略。（2）太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对地表因素控制平均为0.12和-0.31，前者早晚大，中午小，后者绝对值早晚小，中午大。（3）太阳辐射对潜热通量的绝对总控制平均为0.22，相对总控制平均为1.10。水汽压差的绝对总控制平均为-0.06 W·m^-2·Pa^-1，相对总控制平均为-0.29。（4）太阳辐射主要是通过直接作用（大气因素）影响潜热通量；而水汽压差则主要通过改变湿地地表阻抗的间接作用（地表因素）影响潜热通量。（5）高寒湿地下垫面地-气退耦因子（Ω）平均为0.38，表明高寒湿地与大气间的耦合程度较差，实际情况亦是如此，太阳辐射是影响高寒湿地下垫面潜热通量的主要因子。本研究为气候变化背景下的潜热通量参数化及其蒸散发研究开辟一条新的研究思路。

大气环流模式(GCMs)模拟预测的气候变化情景, 必须经过降尺度处理后才能得出次网格尺度上未来气候变化的时空分布细节, 才能满足评估气候变化对资源、环境和社会经济等影响的需要。本文在简单介绍了目前降尺度模型的研究现状后, 重点分析了统计降尺度方法的优缺点及适用性, 并应用黄河源区7个站点1961-1990年的实测地区最高气温和最低气温资料, 对统计降尺度模型(SDSM)的应用进行了分析和验证。首先利用SDSM建立大尺度气候要素和地面气温变量间的统计转换关系, 确定模型应用的预报因子变量, 然后用独立的观测资料验证模型的可靠性, 最后把建立好的统计关系应用于英国Hadley中心海气耦合模式(HadCM3 SERS B2)的输出, 分别生成了黄河源区7个站点未来3个时段2020s, 2050s和2080s的气温变化情景。在此基础上, 应用Arc/GIS的Kriging插值方法获得整个区域的气温变化情景进行分析。结果表明, 日最高气温模拟值随时间推移增幅很快, 3个时段(2020s, 2050s和2080s)的平均气温变化情景分别为1.34, 2.60和3.90℃, 而日最低气温变化相对不明显, 3个时段的平均气温变化情景分别为0.87, 1.49和2.27℃。表现在每个季节和每个月的变化情景又各不相同, 日最高气温以春季和秋季变化最显著, 而日最低气温则以夏季和秋季的变化最为明显。

用Mann-Kendall统计检验方法对黄河源区13个气象站点1959-1997年日照、气温、降水、蒸发的分布特征和变化趋势进行了分析,结果表明:近40年黄河源区年平均日照时数表现为微弱的下降趋势,空间分布呈明显的从北部向南部减少的态势,变化趋势从中部向西部、东部、北部逐渐减少;年平均气温呈明显的上升趋势,空间分布规律从西向东、从南向北逐渐增加,变化趋势为中部、南部地区上升趋势最小,北部、东部、西部上升幅度较大;多年平均降水呈较弱的下降趋势,空间分布规律从东南向西北逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区降水量呈下降趋势;年平均蒸发量的下降趋势幅度较大,空间分布规律从北部向南部逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区呈减少趋势,以北部地区最为明显。另外,本文也应用线性倾向估计方法对黄河源区各气候要素进行了分析,这两种方法得到的结果基本一致。

利用西北及三江源(黄河、金沙江及澜沧江)地区122个气象观测台站1956-2004年近50年的逐日降水量及月总降水量资料,分析了三江源地区降水变化特征。结果表明:近50年来三江源地区的年降水量呈减少趋势,减少幅度为6.73mm/10a;降水日数的趋势变化呈较为明显的减少趋势,递减率为2.7d/10a;平均降水强度总体呈弱的增强趋势,增强速率平均为0.20mm/d/10a,增强幅度比中国西北地区平均水平强;从4~9月最长无降水日数趋于增长反映出西北地区干旱化的趋势。

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料， 对黄河流域1月和7月多年平均及旱、 涝年整层积分的水汽通量、 辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明， 1月黄河流域无明显的水汽输送， 而7月水汽沿西南、 东南及西北3条路径输送， 前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、 下游区， 而上游区水汽流入较小; 旱年, 黄河中、 上游区均无明显的水汽输送， 只有下游的小范围地区受西南气流影响\.各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应， 而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源； 涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月， 西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出， 各区均为水汽净辐散， 不利于降水； 7月， 大量的水汽主要来自西边界和南边界， 涝年各区均为水汽盈余， 多年平均也以净辐合为主， 而旱年则以水汽亏损为主。

基于地面气象站观测资料， 采用偏差订正后的国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中情景齐全的5个气候模式， 评估气候模式对1995 -2014年黄河上游降水的模拟能力， 并预估了7 个SSP-RCP情景下黄河上游2021 -2040年（近期）、 2041 -2060年（中期）、 2081 -2100年（末期）的降水变化趋势。结果表明： （1）多模式集合平均能够较好地模拟黄河上游降水年内分布特征， 并且能够模拟出黄河上游降水南多北少的空间格局， 模式数据与观测值的空间相关系数达0.9以上， CMIP6多模式集合对黄河上游降水时空变化特征具有较强的模拟能力； （2）21世纪黄河上游年降水呈显著增加趋势， 伴有明显的年代际波动。相比基准期（1995 -2014年）， SSP1-1.9和SSP1-2.6情景下21世纪黄河上游年降水呈现先增加后减缓的特征， 近期到中期降水增幅加大， 中期到末期降水增幅减缓； SSP2-4.5、 SSP3-7.0和SSP5-8.5下， 年降水增幅从近期到末期持续增加； 而SSP4-3.4与SSP4-6.0下， 21世纪近期降水有所下降， 中期出现拐点， 随后持续增加。空间上， 降水增加幅度较大的区域主要集中在降水较少的黄河沿以上区域和兰州至头道拐之间的区域； （3）21世纪黄河上游各季降水总体表现为波动上升趋势， 增速因情景和季节而异。除SSP4-6.0情景， 总体上表现出高辐射强迫情景降水变化趋势大于低辐射强迫情景； 冬季增幅最大， 夏季增幅最小， 趋势均通过0.1显著性水平； 空间上， 春秋两季降水增幅高值中心在黄河沿以上区域和兰州至头道拐之间区域， 增幅低值中心在黄河沿至兰州之间； 冬季降水增幅高值中心位于兰州至头道拐之间的区域， 降水增幅相对较低的区域在黄河沿至兰州之间的区域； 夏季降水除SSP4-3.4和SSP4-6.0情景在21世纪近期黄河上游大部较基准期有所下降外， 其余情景下增幅高值区在黄河沿以上区域。

三江源区地处青藏高原腹地， 是中国长江、 黄河和澜沧江三大河流的发源地，并且作为全球气候变化的“敏感区”， 气候变化无疑会对该区域的气候、 环境和水资源产生深刻影响。本文综述了三江源区近50~60年气候、 环境和水资源变化的事实， 主要认知如下： （1）三江源区总体呈现升温趋势， 升温速率约为0.33 ℃·（10a）^-1， 是青藏高原同期的1.2倍。（2）三江源区降水总体呈现增加趋势， 趋势约为6.653 mm·（10a）^-1， 为青藏高原同期降水增加率的71%。（3）三江源区年最低和最高气温呈现显著增加趋势， 且冷季增幅大于暖季。降水量的变化趋于稳定， 降水变率减小， 严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势。（4）三江源区南部积雪日数最多且呈显著增加趋势， 黄河源区整体上呈现积雪初日推迟、 终日提前、 积雪期缩短和积雪日数减少趋势。（5）在升温影响下， 冻土严重退化， 并引起沼泽湿地的发育， 在降水增加和气温升高引起的融水增加的双重影响下， 三江源区湖泊沼泽持续扩张。（6）尽管三江源区降水总体呈增加趋势， 但径流变化存在较大的区域差异， 长江源区径流显著增加， 而黄河源区则为减少趋势， 直门达和香达水文站径流变化倾向率分别为6.69×10⁸ m³·（10a）^-1和1.1×10⁸ m³·（10a）^-1。最后， 对气候变化影响下水循环变化及其对环境和水资源影响的研究现状进行了讨论， 并呼吁加强大气水文过程的耦合研究， 量化气候变化、 人类活动及陆气耦合多圈层相互作用的研究以加强其影响区域气候环境和水循环的认识， 为三江源区适应气候变化和青藏高原生态文明建设提供参考。

利用2014年5月1日至2015年7月31日黄河源区鄂陵湖草地站点的实测大气强迫资料， 驱动陆面过程模式CLM4.5， 针对高原积雪对土壤水热过程的影响进行了敏感性试验。通过对比分析数值模拟结果发现： （1）高原积雪增加， 土壤开始消融的时间有滞后， 积雪越多， 土壤开始融化的时间越晚， 融化速率越快， 土壤消融过程持续时间越短。（2）积雪在土壤处于完全冻结期时， 有一定的保温作用。当积雪减少， 其保温作用减弱， 土壤向大气的热输送增加， 热量主要以感热的形式向大气输送。积雪在土壤处于消融期时有一定的降温作用， 降温作用可持续到6月份。（3）在土壤消融期， 积雪有一定的增湿作用。积雪消融带来的湿土壤可增大地表吸收的辐射能量， 高湿土壤有着较大的潜热输送， 使得此时感热通量较低。积雪融化后的湿土壤可持续到6月份以后。

基于1978 -2016年积雪、 气象和径流资料, 采用Mann-Kendall检验法、 线性分析法及敏感性公式, 分析了黄河源区积雪变化特征及其对春季径流的影响。结果表明: （1）黄河源区表现出积雪初日推迟、 终日提前、 积雪期缩短和积雪日数减少趋势, 其中, 积雪初日、 终日与积雪期分别通过了p<0.05、 p<0.05及 p<0.01的显著性检验。（2）年均雪深1978 -2016年无明显变化趋势, 但自21世纪以来呈显著上升趋势, 且通过了p <0.1的显著性检验。（3）黄河源区积雪日数对春季径流的影响较积雪深度显著。积雪日数、 积雪深度平均变化1%, 将分别引起春季径流变化0.60%和0.25%。因4月和5月份平均气温升高, 积雪大量融化, 故4月和5月径流对积雪变化敏感性较3月径流大。（4）降水和温度的不同组合引起积雪变化, 导致春季径流的不同响应。气候变暖环境下, 黄河源区融雪径流提前, 表现为3月径流呈上升趋势, 4月和5月径流呈下降趋势, 但同时也因区域大气水汽含量变化, 导致春季各月径流及春季径流自21世纪以来呈上升趋势。

利用1970-2017年45个气象台站逐日降水资料分析了黄河上游流域降水空间分布规律以及年均降水和极端降水的变化趋势，将黄河上游流域按照地形地势、海拔、气候带分布等多种因素划分成源头区、产流区、出口区，并结合极端降水指数采用Mann-Kendall法、小波分析法分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点，研究极端降水时空变化。结果表明，黄河上游流域年均降水从东南向西北扇形递减，源头区和产流区是年降水量的主要贡献区域；年均降水和极端降水均存在明显的周期振荡特征，其中源头区和产流区在22年左右，出口区在18年和8年左右；整个上游区域，极端降水和年均降水的变化趋势较为一致，但年降水量近年来呈现增长趋势，而极端降水事件的发生频率则有所降低。

利用2011年10月至2017年12月黄河源区鄂陵湖野外观测数据，对比分析多雪年与少雪年土壤冻结与消融时间、土壤温湿度、地表能量分量的变化特征。结果表明：多雪年地表反照率偏高，净辐射偏低，地表感热输送偏低，土壤由热“源”转为热“汇”的时间晚于少雪年。积雪可减少土壤吸收辐射能量，减少地表感热通量，在土壤完全冻结期与消融期增大地表潜热通量，在完全冻结期，减少土壤向大气的热输送，在消融期，减少大气向土壤的热输送。积雪在冻结期有降温作用，使得多雪年土壤较早发生冻结，且同一时期土壤温度偏低；在完全冻结期有保温作用，使得土壤温度偏高；在消融期有保温（“凉”）作用，使得消融较晚，且同一时期土壤温度偏低。在整个积雪年内，多雪年浅层土壤湿度高于少雪年，积雪对浅层土壤有保湿作用。积雪使土壤开始冻结时间有所提前，开始消融的时间有所滞后，可延长该年土壤完全冻结持续天数。

依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料，提取夏季降水最强月对应的异常特征，利用拉格朗日粒子扩散模式（Flexible Particle Dispersion Model，FLEXPART），针对目标时段开展大气粒子群（气块）的后向模拟，着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异，并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明，以“S”型跨赤道输送（“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”）和“几”型输送（“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”）为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径；而以东、西风急流作用下的两条远距离输送（“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”）为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时，对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均，变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知：青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源，其贡献率高达52.9%；而在2012年，三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著；无论对应何种类型的降水，青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。