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气候变化改变了降水、蒸发和径流的模式，进而改变了区域乃至全球的水循环过程。本文以黄河中上游流域为研究对象，用反距离权重法将站点气象数据插值到5×5km网格上，采用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散，并分析了近50a来气候和水文要素的时空变化特征;应用傅抱璞公式和流域水量平衡方程分析流域水文特征;并用偏微分方法在年尺度上定量分析比较了黄河源区、黄土高原区及整个中上游地区潜在蒸散和径流对气候因子变化的敏感性，以及各气候因子对潜在蒸散和径流的贡献率。 结果表明:(1)1960-2009年黄河中上游地区日平均、日最高、日最低气温都显著升高（a＜0.05），增温幅度从南向北递增，且日最低气温增幅大于日最高气温，气温升高主要来自最低气温的贡献。日照时数显著减少（a＜0.05），下降最明显的是流域东部。风速显著下降（a＜0.05），下降幅度最明显的是黄土高原区北部。相对湿度、湿润指数、径流和径流系数显著下降（a＜0.05）。降水和潜在蒸散变化趋势不明显。近50a来，黄河中上游流域半干旱区和半湿润区的分界线（湿润指数=0.5线）不断向东南推进，半干旱区面积不断扩大，气候总体呈暖干变化趋势。 (2)黄河源区、黄土高原地区及整个中上游地区天然径流量对降水的敏感性远大于对潜在蒸散的敏感性;潜在蒸散对实际水汽压最敏感，其次为风速、日最高和最低气温，对日照时数敏感性最低。近50a来，径流对潜在蒸散和降水的敏感性显著增加（a＜0.05）;潜在蒸散对风速、实际水气压、最高和最低气温的敏感性在黄土高原地区及整个中上游地区显著增加（a＜0.05），在黄河源区变化不显著。各流域段潜在蒸散对风速、日最高和最低气温敏感性随着海拔增加显著减少(P＜0.05)，对日照时数敏感性随着海拔升高显著增加(P＜0.05）。 (3)傅抱璞公式的参数w在黄河源区、黄土高原区及整个黄河中上游地区分别为2.05、2.95和2.67。近50年来，降水减少对黄河源区、黄土高原区及整个黄河黄河中上游径流的贡献分别占78％、93％和91％。其余气候因子中，风速降低、气温升高及实际水汽压增加对径流量减少的贡献较大，辐射变化对天然径流变化贡献最小。本文结果有助于加深了我们对流域水文过程的认识，对黄河水资源管理、区域可持续发展和气候变化适应对策研究有重要意义。