受气候和下垫面变化的双重影响,流域水文循环过程也随之发生变化,其中蒸散过程作为联接水文过程与生态过程的纽带,更受学界关注。Budyko框架具有坚实的理论基础和明确的物理含义,籍此开展的流域生态水文研究已成为水文学研究的前沿和热点之一。黄土高原生态环境脆弱,近几十年来包括以退耕还林还草为主要内容的生态建设、煤田油气能源基地建设以及新城镇建设等在内的大规模、高强度的人类活动又使得下垫面发生了显著变化,在这种背景下该区域蒸散发生了怎样的变化,气候和下垫面变化对其贡献影响如何需要深入研究。为此,本论文在分析黄土高原水热条件时空变化的基础上,首先基于全微分方程对本区域潜在蒸散时空变化进行了定量归因;然后在年际尺度上研究Budyko框架下水热耦合控制参数与下垫面变化(以植被为代表)和气候季节变化之间的关系,并探讨了影响水热耦合控制参数的各因子间关联性及时间尺度效应;最后估算了气候和下垫面变化对流域实际蒸散的贡献,得到的主要结论有:(1)近几十年来黄土高原气温显著升高,而基于FAO 56 Penman-Monteith公式计算的潜在蒸散整体上则有轻微减小的表现,说明该区域存在“蒸发悖论”现象;降水的年内变异和波动较之于潜在蒸散的更大,气候季节性指数S呈微弱降低趋势,意味着近几十年来降水和潜在蒸散差值的季节波动趋于减小。(2)基于全微分方程对潜在蒸散时空过程上所发生的实际变化进行归因分析表明:在时程变化上,多年来潜在蒸散对实际水汽压最敏感,对太阳辐射和平均气温的敏感性次之,而对风速的敏感性最小。但同时受各气象因子实际变化幅度的影响,多年来对该区域潜在蒸散变异贡献最大的因子却是平均气温,其次为风速和太阳辐射,而实际水汽压的贡献最小。造成潜在蒸散在空间上从鄂托克旗向东和向南递减的主导因子分别是这两方向上逐渐下降的太阳辐射和逐渐增加的实际水汽压;而从鄂托克旗至西南方向,下降的风速对该方向上潜在蒸散的变化贡献最大。(3)在水文年尺度上分析了13个典型流域水热耦合控制参数ω与植被盖度M和气候季节性指数S的关系后发现,在年际变化过程中,所有流域ω都呈现出了上升的趋势,这种上升趋势在80年代以后变得更加明显;参数ω与M在所有流域都表现出正相关关系,而与S则为负相关关系;在考虑参数ω与M和S的关系和边界条件后,构建了参数ω的半经验公式,交叉验证的结果说明该公式用于估算黄土高原流域年实际蒸散结果较可靠。(4)分析了不同时间尺度上影响参数ω的主要因子间的关联性后发现,Budyko框架下多年尺度上,流域植被与地形和气候季节性显著相关,逐步回归的结果也证明地形和气候季节性与植被间存在多重共线性问题,因此植被作为关键因子,可单独拟合控制参数;年际尺度上,植被和气候季节性的相关性在多数流域都不显著,在构建控制参数的经验公式时可同时考虑二个因子;在流域地形因子的表征指标方面,发现采用地形起伏度要优于前人用到的坡度和地形湿润指数,实施多年的退耕还林还草工程使得植被覆盖度随着地形起伏度的增大愈趋增强。(5)在Budyko框架下对流域实际蒸散变化进行归因的全微分法、外推法、互补法和分解法进行比较后发现,互补法最具优越性;1981-2012年,多年尺度上各流域实际蒸散对降水的变化最敏感,对参数ω的敏感性次之,对潜在蒸散的敏感性最差;年际尺度上,各流域实际蒸散对ω和潜在蒸散的敏感性呈显著降低趋势,而对降水的敏感性却呈显著上升趋势。在大多数流域,改善的植被条件对实际蒸散起到正贡献的作用,而流域水热匹配性的减弱对实际蒸散变异都是负贡献;如果不考虑气候的季节性变化,那么在估算下垫面变化对流域实际蒸散的贡献时将存在较大的误差,误差的大小等于气候季节性变化对实际蒸散的贡献值。本论文基于Budyko假设,分析和探讨了黄土高原蒸散的时空变化及气候和下垫面变化对其的影响,深化和扩展了不同时间尺度上水热耦合控制参数的影响因子及其之间耦合关系的认识,有助于黄土高原以有限水资源可持续利用为基础的农业生产和生态建设的发展。