作为温带气旋形成的主要机制， 湿斜压不稳定在气旋动热力学研究中占据中心地位， 其可进一步分为干斜压不稳定、 湿不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生（对流层顶干侵入）四类。2016年7月18日黄河气旋快速生成后东移进入华北造成“7·20”特大暴雨， 相比气旋成熟期， 其初生阶段的动热力机制尚不清楚。本文利用ERA5再分析资料与WRF模式， 对该气旋新生过程的湿斜压不稳定机制进行了数值模拟研究。模拟结果指出， 对流层中低层呈非绝热Rossby波形态， 即系统东移发展主要由垂直运动-非绝热效应的循环所推动， 其中波动触发和传播所依赖的垂直运动更多由涡度平流提供； 高层位涡汇与非地转风延缓了对流层顶干侵入位涡的东移， 维持了高低层相位差， 最终在干侵入前部发展出贯穿对流层的位涡柱。利用非线性片段位涡反演， 分别从初始场中移除非平衡分量、 对流层顶干侵入位涡、 低层非绝热源位涡， 设计了若干敏感性试验， 结合广义垂直运动方程分析可得： 本次过程斜压波必须在充足水汽条件下与非绝热过程耦合才能强烈发展， 关闭潜热气旋新生将被抑制， 干斜压不稳定无法解释本次过程； 初始非平衡场的去除不影响本次斜压不稳定性质但将延后系统发展时间， 受湿度条件和中尺度环流结构限制， 低层非平衡风的活跃区域主要由干斜压动力学控制； 该个例近地面位温梯度小， 仅依赖低层初始位涡难以有效组织起非绝热Rossby波东传， 同时有别于Type C气旋新生， 高层位涡异常也不足以激发起强大的中低层非绝热加热。于本次黄河气旋新生而言， 一方面要求初始低层位涡异常具有一定强度， 以抵消高层干侵入前部伴随的冷却下沉对其的抑制； 另一方面也需要高层位涡异常通过垂直渗透以涡度平流形式加强低层位涡东侧上升运动， 在高低层初始相位差合适情况下， 持续促使非绝热Rossby波东移发展， 推动系统进入水汽条件更好的华北地区。干斜压不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生机制均不能独立解释本次事件， 此次黄河气旋新生是在非绝热Rossby波和对流层顶干侵入混合作用下， 初始时刻最优扰动增长形成的。

甘肃黄河流域是一个生态问题和发展问题交织在一起的自然-社会-经济复合生态系统， 其生态系统土壤保持服务是防止水土流失和推动高质量发展的重要保障。使用归一化植被指数、 土地利用产品MCD12Q1、 降水数据、 数字高程模型数据和土壤数据库HWSD v1.1， 运用修正通用土壤流失方程RUSLE， 计算得到了甘肃黄河流域的土壤保持服务年度数据集。该数据集， 空间范围为33°6′29″N - 40°0′6″N、 97°23′38″E -108°42′38″E， 时间跨度为2001 -2015年， 可为制定土壤保持服务措施提供科学依据， 也为评估生态安全和构建生态安全格局提供重要数据支撑。实体数据集获取网址为http： //www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/a918f7ed-5988-44ea-80ad-ee14acab89aa.

黄河源区位于青藏高原的东北部， 该流域气象站点分布稀疏， 水文过程研究存在很大的局限性， 研究多种降水数据产品在流域的适用性对水文模型研究具有重要的推动作用。本文以黄河源区作为研究区域， 基于中国气象同化驱动数据集（China Meteorological Assimilation Datasets for SWAT model Version1.1， CMADS V1.1）、 热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measurement Mission， TRMM）降水数据集（3B42 Version7）和气象站观测降水数据分别驱动土壤水文评估工具分布式水文模型（Soil and Water Assessment Tool， SWAT）， 同时利用SWAT-CUP（SWAT Calibration and Uncertainty Program）和SUFI-2（Sequential Uncertainty Fitting2）算法对27个敏感性参数进行率定， 模拟黄河源区多年月平均径流量的变化规律， 并将模拟结果与观测值进行对比分析， 评估了CMADS和TRMM 3B42降水数据产品在该流域的精度以及SWAT模型在黄河源区的适用性。结果表明： （1）由3种降水数据获得的降水空间分布为由西向东递增的趋势， TRMM 3B42与实测降水在年和月变化上一致性好于CMADS数据集。（2）参数敏感性分析结果表明： SCS（Soil Conservation Service）径流曲线数、 地下水滞后系数、 土壤蒸发补偿系数对径流模拟的敏感性程度较强。（3）利用CMADS和TRMM 3B42降水数据集模拟的径流结果均优于实测降水数据， 流域内3个水文站在率定期的相关系数R分别是0.93， 0.92和0.88； TRMM 3B42模拟结果次之， 率定期和验证期的相关系数R均在0.80以上， 纳什系数（Nash-Sutcliffe efficiency coefficient， NSE）在0.50以上。本研究证明了CMADS数据集和SWAT模型在地貌类型复杂、 气候变化敏感的高海拔地区的径流模拟方面具有较好的适用性， 为气象站点稀缺的地区提供了建立水文模型的替换方案。

黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段， 气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生， 进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961 -2016年CN05.1格点气温、 降水、 风速数据以及1981 -2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明： （1）研究区气温显著上升， 气温变化趋势达0.34 °C·（10a）^-1， 冬季升温幅度最大， 其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。（2）区域降水量整体呈现上升趋势， 降水变化趋势为9.3 mm·（10a）^-1， 春夏季增速相对较快， 冬季最慢， 增长趋势由西北向东南逐渐减小， 西部少雨干旱地区增长显著， 东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。（3）风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降， 风速变化趋势为-0.11 m·s^-1·（10a）^-1， 在空间上大部分地区都减少， 尤其是北部大通河区域。（4）实际蒸发量显著上升， 增长趋势达11.89 mm·（10a）^-1， 春、 冬季相对增幅较大， 增速呈现由东向西逐渐增加的趋势， 其中扎陵湖鄂陵湖区域以及大通河区域西部的增加最为显著， 只有中部以及东南部零星几个地方减少。（5）从降水与实际蒸发来看， 降水量增速略高于同期（1981 -2016年）实际蒸发， 因此黄河上游水源涵养区随着气候变暖存在暖湿化趋势。

高寒草原水热交换的季节性特征显著， 土壤冻融过程对地‐气水热交换有着重要的影响。本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据， 将土壤冻融过程划分为完全融化（TT）和完全冻结（FF）两种状态与融冻（T‐F）和冻融（F‐T）两个过程， 并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、 感热通量、 潜热通量和地表热通量不同状态和过程中的变化， 以此探究土壤冻融过程中地气间的水热交换特征。研究表明： （1）净辐射通量在完全融化阶段的平均值要普遍大于其他三个阶段， 最大值达到了203.7 W·m^-2， 冻融阶段冻土融化， 土壤含水量逐渐增加， 净辐射比完全冻结阶段明显增大， 完全融化阶段净辐射日变化值最大， 达到了717.6 W·m^-2， 完全冻结阶段最小， 冻融阶段次之。（2）感热通量与潜热通量在完全融化和完全冻结阶段的配置不同。完全融化时， 由于降水和土壤含水量等原因， 净辐射主要转换为潜热通量， 潜热通量日变化最大值为193.7 W·m^-2， 而感热通量只有80.0 W·m^-2左右。融冻阶段、 冻融阶段与完全冻结时感热与潜热的日平均相差不大， 潜热在三个阶段平均值为21.9 W·m^-2， 感热为20.3 W·m^-2； 而感热日变化在三个阶段均大于潜热， 土壤发生冻融循环， 地气温差较小， 含水量产生变化， 净辐射在这期间主要转换为感热。（3）土壤热通量在完全融化（冻结）状态下为正（负）， 表明地表从大气吸收（释放）热量， 其日变化幅度大（小）。以上结果说明， 土壤冻融状态与过程对近地面陆‐气间水热交换过程表现出不同的特征。

基于“黄河源区玛曲-若尔盖土壤温湿监测网络”自2008年观测以来至2017年的观测资料， 通过分析多层土壤湿度异常百分比指数SMAPI（Soil Moisture Anomaly Percentage Index）， 捕捉10年来该地区的干湿演变过程， 并利用再分析数据资料NECP FNL （National Centers for Environmental Prediction Final）驱动拉格朗日后向轨迹模式， 模拟不同过程的水汽输送粒子（气块）的后向轨迹， 从而诊断到达该区域的水汽输送路径以及可能的水汽源区。结果表明， 水汽路径可以分为3条： （1）南支输送： 来自印度洋、 阿拉伯海的水汽， 通过印度半岛、 孟加拉湾， 从青藏高原西侧和南侧进入； （2）东支输送： 来自太平洋、 南海等地的水汽从华东/华南地区， 途径长江流域， 从青藏高原东侧或者南侧进入； （3）北支输送： 来自大西洋、 非洲大陆北部和欧洲大陆的水汽， 穿过中纬度亚欧大陆， 从青藏高原西部或者北部进入。在干旱时期以北支为主， 湿润时期以南支、 东支为主。水汽源地在不同时期的表现也各不相同， 其中青藏高原上的水汽源地在湿润时期主要分布在昆仑山脉附近， 演变时期则南北零星分布， 而干旱时期更加偏北集中在天山附近， 伊朗高原、 帕米尔高原及孟加拉湾的水汽源地强度从湿润到干旱时期逐渐增强， 四川盆地-秦岭、 华南的水汽源地强度先增强后减弱， 而祁连山-黄土高原先减弱后增强， 印度半岛、 长江中下游及华东附近的水汽源地强度则是从湿润时期到干旱时期一直减弱。

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。

以黄河源区水文循环过程为主要研究对象， 应用TRMM卫星和GPM卫星的日降水产品（TMPA 3B42和IMERG-Final）驱动流域分布式水文模型SWAT， 将结果进行比较分析， 评估了新型卫星降水在黄河源区的适用性及其模拟潜力。研究表明： （1）对于大尺度流域而言， 同时对多个子流域进行参数的敏感性分析及率定的结果不适用于每一个站点。因此， 本文采用对每个水文站点所对应的子流域依次进行敏感性分析与验证的方式进行订正， 最终得到验证期内3个站点径流模拟结果的纳什效率系数均在0.50以上， 决定系数都在0.60以上。（2）从模拟结果来看， IMERG-Final产品的模拟结果要优于TMPA 3B42产品。两种卫星降水产品均能模拟出黄河源区月径流变化的主要趋势， 但均表现为对于径流峰值的模拟偏高。新型卫星产品（GPM）较前任TRMM卫星产品的精度确实有提高， 且具备一定的模拟潜力， 但对于高海拔地区的模拟能力有待提高， 需要进一步订正。

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。

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。

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。

利用气象常规观测资料、自动站加密资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星资料，对2015年4月1日和8月2日黄河中游地区的两个MCC结构特征进行了对比分析。结果表明：（1）春季MCC形成阶段发展快、成熟期慢，具有前向传播的特点，降水较为稳定，雨团移动慢，暴雨主要由降水持续时间长造成；盛夏MCC形成慢、发展迅速，为后向传播，以对流性降水为主，雨团移动性强，暴雨主要由短时强降水造成；在不同生命阶段，小时最大雨量出现在不同区域。（2）春季MCC生成于整层为西南气流、大气斜压性较强的背景下，散度场表现为垂直的空间结构特征，而盛夏MCC生成于500 hPa平直西风环流、200 hPa反气旋前沿、大气斜压性弱的背景下，散度场为倾斜的空间结构；在它们的后期发展过程中，水汽、热力和动力结构均存在显著差异。（3）两个MCC均形成发展于条件不稳定、对流不稳定和对称不稳定共存的区域，但MCC的形成与不稳定度和不稳定能量大小有关，它们的发展则与不稳定能量的持续增大和对称不稳定度持续增强关系更密切，盛夏尤其如此。（4）中高层干冷空气侵入、曲率涡度造成的整层辐合上升运动持续加强以及对称不稳定是春季MCC的重要触发机制，而切变涡度引起的低层中尺度辐合上升、对称不稳定和重力波传播是盛夏MCC的主要触发机制。

黄河源区高寒湿地-大气间的水分和热量及碳交换过程是影响青藏高原气候变化的主要因素之一。本文从2013年7月16日至10月19日期间黄河源区麻多湿地下垫面湍流通量涡动相关系统和气象站观测资料中，每月选取3~4天晴天条件下的观测数据，分析了黄河源麻多湿地-大气间感热通量、潜热通量和CO₂通量的日变化特征，并探讨了近地面能量平衡闭合度。结果表明：黄河源高寒湿地下垫面潜热通量和感热通量有日变化过程，日出后水分和热量交换通量逐渐增高，峰值均出现在12：00-16：00（北京时，下同）。在2013年夏季，黄河源湿地下垫面感热通量的最高值出现在9月15：30，达到了150.0 W·m^-2，潜热通量的最高值出现在7月16：00，达到了300.0 W·m^-2。黄河源高寒湿地生态系统的能量消耗主要以潜热为主，近地面能量的闭合度较差，达到了48.8%。湿地净生态系统的CO₂交换通量日变化特征呈“U”型曲线，在整个植被生长季节的日变化过程中，日出后湿地系统吸收大气中的CO₂，净生态系统CO₂交换量NEE（Net Ecosystem Exchange）为负，中午达负极值，极值为-0.55 mg·m^-2·s^-1，出现在7月21日12：30；夜间下垫面释放CO₂，NEE为正。进一步分析结果表明：CO₂交换通量的变化动态范围受空气温度、太阳辐射和植被冠层的影响明显。

利用2013-2014年6-8月黄河源区近地面的观测数据进行CLM4.5单点模拟植被变化对近地面水热交换影响和能量平衡的研究。结果表明：（1）100%植被覆盖与控制试验（植被覆盖度为50%）向上短波的模拟差值为-6.76 W·m^-2，裸地（植被覆盖度为0%）与控制试验的差值为7.76 W·m^-2。（2）植被覆盖度降低对向上长波辐射的模拟影响较大，其中裸地与控制试验的向上长波辐射模拟差值为5.34 W·m^-2，而100%植被覆盖与控制试验的向上长波模拟差值仅为-0.62 W·m^-2。（3）叶面积指数减少会使地表反照率增大，但辐射通量整体变化幅度不大。其中向上短波平均增加1.35 W·m^-2，潜热平均减小8.43 W·m^-2。（4）叶面积指数增加会使向上长、短波减少，同时潜热通量输送增大，且叶面积指数增加后，向上长波辐射、感热的变化范围略大于叶面积指数减少时。（5）净辐射受到云的影响较大，其变化范围为200~461 W·m^-2。6-7月的土壤热通量在2013年不同深度均达到峰值，其中5 cm深处土壤热通量在6-7月的平均值为6.25 W·m^-2，最大值为30.34 W·m^-2。

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等，对2013年7月9日黄河中游地区（山西）暴雨过程进行了观测分析，利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征，以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明：暴雨大暴雨是由700 hPa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的；低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡，与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用，触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤，暴雨区暖湿空气沿东南西北向被迫抬升，形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区，在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近，但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强，偏南风入流将水汽向暴雨区集中，而次级环流的上升支将水汽向高层输送，使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加，以及对流不稳定和对称不稳定共存，加强了涡层不稳定，水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结，并高效率下降，可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面，该面上各种气象要素并不均匀，但在其中心区域低层为温度的零平流区，以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区；围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈；该支气流两侧均存在较大垂直风切变，随着该支气流的南压和向河套地区的深入，低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强，下沉支也逐渐活跃，是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。

利用1961-2010年普林斯顿大学每3 h一次、1°×1°的大气强迫场数据驱动公用陆面模式CLM4.0（Common Land Model，version4.0）对黄河源区土壤湿度的时空分布进行了模拟试验，合理优化了CLM4.0中土壤有机质和土壤质地属性参数，将模拟结果与荷兰自由大学AMSR-E土壤湿度产品进行了对比分析，并利用玛曲土壤湿度观测站点的观测数据对模拟结果进行了验证。结果表明，CLM4.0模式能较好的模拟黄河源区土壤湿度的空间分布及变化趋势，在优化陆面有机质和土壤质地数据参数后，模拟的土壤湿度空间分布更合理，但CLM4.0模拟的土壤湿度比地面观测值和AMSR-E土壤湿度产品的土壤湿度偏低。

利用2011年7月至2012年8月中国科学院西北生态环境资源研究院黄河源区玛曲土壤湿度观测网土壤湿度观测数据，对一定精度要求下估计玛曲地区区域尺度土壤湿度最少所需站点个数（the minimal Number of Required Sites，NRS），站点代表性进行研究，并通过比较4种常用升空间尺度方法，寻找最适宜该地区站点数据尺度提升的方案。主要结果如下：（1）在相关系数R≥0.99、土壤湿度均方根偏差RMSD≤0.02 m³·m^-3的精度要求下，5 cm、10 cm深度区域土壤湿度估算所需NRS均为10个；（2）利用时间稳定性方法、滑动相关方法分别获得玛曲地区土壤湿度代表性单站，NST01站为5 cm深度，NST07站和NST02站均为10 cm深度；利用最优站点结合方法（OptimalCombination of Sites，OCS）获得最佳结合站点，NST01、NST02和NST07站为5 cm深度，NST05、NST08和NST13站均为10 cm；（3）线性拟合方法最适于玛曲地区土壤湿度尺度提升，OCS多站结合数据估计区域土壤湿度效果最优，滑动相关单站数据次之；（4）将所得线性拟合关系应用于玛曲土壤湿度观测网2013年7月至2014年7月缺测时间段土壤湿度估计，获得区域尺度的土壤湿度。

利用2013 年10 月1 日至2014 年5 月31 日黄河源区鄂陵湖流域的土壤温度资料首先划分土壤不同冻融阶段,然后在每个阶段各选取一次降雪过程,分析了降雪对土壤温湿变化的影响。结果表明:在土壤冻结阶段,雪后晴天(有雪覆盖)土壤净输出的热量减少,5 cm 和10 cm 土壤日最低温度明显升高,20 cm 土壤日最低温度升至0 ℃以上,导致20 cm 土壤达到完全冻结的时间延长;在土壤消融阶段,降雪当天土壤净输入的热量减少,5 cm 和10 cm 土壤日最高温度突降至0℃以下,导致5 cm 和10cm土壤达到完全消融的时间增加。在以上两个阶段的降雪过程中,积雪不仅可通过自身的消融增加浅层土壤湿度,还可通过改变浅层土壤温度间接影响浅层土壤湿度,而在土壤完全冻结阶段,积雪对土壤温度虽有影响,但对土壤湿度的直接和间接影响都较小。在整个土壤冻融阶段,与由土壤冻结和消融引起的土壤湿度变化相比,降雪引起的土壤湿度变化较小。

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)。

为了揭示地下热活动对黄河上游径流变化的影响，并为径流的短期预报与水利调度、 防洪抗旱等提供参考依据。利用2002-2011年唐乃亥水文站日平均径流量资料和东亚地震资料，定义了拍涡强度指数，分析了10年间黄河源区的拍涡和唐乃亥水文站日平均径流量的关系。结果表明，黄河源区拍涡出现的时间与唐乃亥水文站日平均径流量距平百分率≥50%的丰水期相对应，丰水期与拍涡出现的时间相差在一周以内，且丰水期平均径流量与拍涡强度指数呈正相关关系，这对黄河上游径流预报有重要的指示意义。

利用陆面过程模式CLM3.5对黄河源区若尔盖站进行了一年的数值模拟试验，通过比较土壤温度、土壤含水量的观测值与模拟值，检验了该模式在黄河源季节性冻土地区的模拟能力。结果表明，模式对土壤温度的模拟，非冻结期较好，深层土壤温度稍偏高；冻结期模拟值偏低，冻结深度偏大。对土壤含水量的模拟，在冻融期出现了较大偏差，含水量骤降（冻结）、骤增（消融）的时间均较观测提前。模式土壤热传导参数化方案中的土壤基质热导率计算偏大是造成土壤温、湿度偏差的主要原因。将Johansen土壤基质热导率方案替换了原模式参数化方案后，模拟结果有一定的改进，土壤温度暖舌、冷舌的模拟深度显著减小，冻结期土壤温度模拟偏低的现象也得到了改进，土壤含水量骤降、骤增的时间与观测更为接近。

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。