受气候变化和过度放牧的双重影响,我国草原内陆河流域生态水文退化日趋严峻,准确刻画流域生态水文耦合互馈、协同演变的机理和过程显得尤为迫切。本文选择半干旱草原型内陆河流域锡林河流域上游地区为研究区,采用野外实地观测试验、生态水文机理研究、分布式模型研发构建、历史过程模拟分析和未来模式情景预测的研究方法,获取了流域气象、植被、土壤、径流等多要素、多尺度、长序列的综合试验观测数据,提出了多种新型植被指数和土壤入渗尺度转化模型,降低了植被-土壤同化数据的测量误差;构建了融合多源多元信息的流域动态过程分布式生态水文模型,模拟了历史实测资料不完整地区的3-hour尺度生态水文过程,辨析了生态与水文两系统间要素的互馈响应过程;预测了CMIP6中五种常见未来情景下的流域生态水文走势,针对流域现存问题提出了未来治理与规划建议。论文主要取得以下研究成果:（1）结合光学红外卫星Landsat-8波段运算和合成孔径雷达Radarsat-2极化分解的遥感数据,研究通过比较5种传统植被指数和新建立的11种新型融合植被指数以及一种基于粒子群优化的深度学习神经网络,降尺度精准反演了流域8m分辨率的植被覆盖度;通过建立双环入渗尺度转化函数,推演了不同入渗仪管径的入渗过程并计算出由管径变化引起的尺度效应阈值,完成了流域土壤稳定入渗速率去尺度效应,达到了满足测量精度的同时节约耗材的目的。（2）针对干旱半干旱区草原内陆河流域,提出并构建了分布式动态过程模型（DDPM）,利用模型八个相互嵌套的模块模拟了1980至2020年共41年的锡林河流域水-热-碳的循环过程,通过蒸散发动态判别了日内3-hour的积雪覆被情况,降尺度重建了年、季、日和3-hour尺度下七种蒸散分量的变化过程,与实测数据对比R~2＞0.85,RMSE＜0.1mm;针对半干旱草原河流蜿蜒多变、水量陡涨陡落特点,模拟了考虑动态实际河长、河流弯道和漫流产汇流过程,细致刻画了由于大洪水过境导致的河道漫流与洪峰及其到来时间的变化（使用两种气象驱动数据模拟径流量精度分别为R~2=0.947,NSE=0.945;R~2=0.932,NSE=0.905）,简要描述了流域潜水地下水位及其流场的分布特征;基于动态日出日落时间划分昼夜,在多种时间尺度定量刻画了土壤、植被及生态系统的碳循环以及土壤热通量、显热、潜热通量和三种水分利用效率的变化过程,为探究草原流域生态水文互作互馈关系提供数据和理论支撑。（3）通过分析锡林河流域历史时期十余个生态水文要素每5年的变化过程,土壤碳排放的影响要素以及草原河流径流重要过程,漫流的频次及影响要素分析,研究发现温度在多种时间尺度均可以较好地解释碳排放的变化,研究区持续较干旱的土壤水分不能很好地用来单独解释土壤呼吸;由过度放牧引起的植被退化和流域降水的增加是锡林河流域河道漫流次数增加的主要原因,且漫流次数与全球气候变化要素存在2a的滞后期;生态水文要素间的相关性、周期性和滞后性分析发现流域的植被生态状况和当年及其随后几年的水文气象条件均保持密切联系,短暂的降水补给容易使流域生长出大量一年生草本植物,但这并不是一种可持续的恢复,由连续的湿润促使生长出具备多样性的多年生植物才真正有助于锡林河生态恢复至最佳状态。（4）基于5种CMIP6中的未来情景,研究分析了未来气温降水的变化趋势,预测了表层土壤水分、径流量、显热、潜热通量和初级生产力的未来走向,发现中高浓度排放路径（RCP7.0、RCP8.5）会表现出更多包括不规律的波动和极端气候天气等不稳定因素,进而影响流域出现更高的旱涝发生频次、更长的持续波动时间、更强的植被生态退化强度、更多的降水和更高的潜在蒸散发等,采用更低浓度的排放方式和更缓和的发展方式将直接利好于流域生态水文状况和功能。