石羊河流域的年平均气温(最高、最低气温)自1951年以来呈持续上升趋势，增温速率为0.22℃/10a，增幅达1.2℃。1992年是年平均气温显著变暖的年份，与显著变暖前相比，年平均气温上升了0.85℃，低于近51年1.1℃的增幅水平。在近55年中，石羊河流域的年降水总体上在增加，出山口径流在减少，流域尾闾民勤绿洲的地下水位在快速下降。气温显著变暖后，年降水增加了18.2mm，增幅达5.8％，出山口径流减少了4.1亿m3，民勤绿洲的地下水位下降了1-2倍。水资源变化的成因分析表明，出山口径流的减少源自径流补充之一的上游山区降水的减少，而红崖山水库入库径流的持续快速减少则是民勤地下水位快速下降的主要原因之一。受气候变化的影响，石羊河流域出山口径流峰期有所提前，而人类活动严重地影响了石羊河流域中游地表径流利用量和下游可利用量分配比例。