在全球变暖的背景下,黄土高原地区经历了明显的气候变化;同时,该地区人类活动不断增强,导致下垫面条件发生改变。在气候和下垫面条件变化的双重影响下,该区域的水循环过程受到强烈扰动。其中,蒸散发作为连接水循环和能量循环的纽带,其变化也相应受到影响,进而导致流域水热耦合过程发生动态变化。因此,科学评估黄土高原流域气候和下垫面条件变化对水热耦合过程动态变化的影响,不仅可为更加准确的模拟流域蒸散发提供科学依据,而且能指导该区域水资源的合理开发利用和有效管理,并服务于黄土高原地区生态环境保护和生态—经济系统的可持续发展。本文以黄土高原渭河流域为研究对象,在B udyko水热平衡理论框架下,基于水文气象数据和遥感数据,分析了植被覆盖度的时空变化特征及其对水热状况的响应,诊断了变化环境下植被生长和水热状况相依结构的平稳性,评估了气候、下垫面、人类活动、海洋—大气环流模式和太阳活动对流域水热平衡多时间尺度动态变化的影响,探究了气候、下垫面、人类活动、海洋—大气环流模式和太阳活动之间的关联性,并在考虑其对水热耦合控制参数的协同效应下,建立了具有一定物理含义的参数半经验公式,在此基础上,对渭河流域干湿状况变化进行了定量归因分析,取得的主要研究成果如下:(1)采用克里金插值法和改进的Mann-Kendall(MMK)趋势检验法,系统地揭示了渭河流域水文气候要素演变特征,研究表明:在全球变暖的大背景下,渭河流域的气候存在暖干化的趋势。其中,渭河多年平均降雨量空间分布不均匀,自东南向西北递减,其年际变化呈不显著减少趋势,并在20世纪90年代减少趋势最明显;渭河径流量多集中在汛期,呈年径流量显著减少趋势,并在20世纪90年代后下降趋势更明显;多年平均气温表现出与降雨相同的空间分布,且气温在过去几十年呈显著上升的趋势,从20世纪90年代开始,升温趋势最明显;虽然渭河潜在蒸散发呈不显著的变化趋势,但干燥指数却逐渐增加,表明渭河流域干燥程度在持续增强。(2)基于偏相关分析法,确定了不同季节植被覆盖度变化对水热状况响应的滞后时间,结果表明:泾河和北洛河流域从1982年开始,存在逐渐变绿的趋势,且秋季变绿趋势最显著;整体上,植被变化对降雨比气温更敏感;不同季节植被对降雨和气温的滞后时间均不超过3个月;海洋—大气环流模式和太阳黑子与泾河和北洛河流域的变绿趋势存在显著遥相关性,且植被生长对其滞后时间普遍大于对降雨和气温的滞后时间;综合考虑降雨/气温、海洋—大气环流模式和太阳活动的滞后效应及可能存在的多重共线性问题,采用岭回归模型计算发现,气候变化对春季和秋季植被生长的解释度均超过了50%。(3)以Copula函数为联结函数,建立季节尺度水热状况和植被覆盖度的联合分布,采用对数似然比检验法,诊断了植被-降雨/气温关系相依结构的变异特征。结果表明:泾河流域春季植被与降水/气温、秋季植被与降水之间的关系有轻微的变化,而夏季植被与降水/气温、秋季植被与降水之间的关系无明显变化;同时,引入累积量斜率变化率比较法验证了诊断结果的可靠性;北极涛动AO、太平洋年代际震荡PDO、ENSO事件和太阳黑子均与春秋季的植被-降雨关系存在显著遥相关性,而春秋季的植被-气温关系与北极涛动AO、太平洋年代际震荡PDO显著相关。夏季植被-降雨关系除与潜在蒸散发和太平洋年代际震荡PDO有关外,还受灌溉等人类活动的影响。(4)在Budyko水热平衡框架下,采用最小二乘法,基于滑动窗口拟合流域水热平衡控制参数的年际变化过程,采用经验模态分解法(EMD)提取不同时间尺度下参数的细节波动信息,并通过Pearson相关系数法,确定不同时间尺度下参数动态变化的驱动因素。研究表明:渭河干流参数年际变化呈显著上升趋势,泾河和北洛河呈不显著下降趋势;采用EMD法分解参数序列,有效提取参数序列的信息,最终得到4a、12a、20a和超过20a周期的分量和一个残差趋势项分量。通过相关性分析可知,参数在不同时间尺度下波动的驱动因素各不相同。其中,4a尺度波动主要受部分气候因子和下垫面的影响,12a尺度的波动主要受基流、PDO和太阳黑子的影响;20a及更长尺度的波动受多种因素的综合影响。(5)探究了气候、下垫面、人类活动、海洋—大气环流模式和太阳活动之间的关联性,并基于多元自适应回归样条模型(MARS),揭示了影响因子对参数的的协同作用机制,筛选出最关键的因子,构建了年际尺度水热耦合控制参数的半经验公式。结果表明:渭河气候、下垫面、人类活动、海洋—大气环流模式和太阳活动之间存在显著的相关性;上游区域有效灌溉面积和植被覆盖度对水热耦合控制参数存在协同反应,中下游有效灌溉面积和降水季节性对参数也存在该作用。除了气候因素(降雨和潜在蒸散发)外,上游筛选出的关键因子为植被覆盖度和有效灌溉面积,中下游为植被覆盖度、有效灌溉面积降水季节性和基流,泾河和北洛河只有有效灌溉面积。(6)基于Budyko模型和水热耦合控制参数半经验公式估算了流域实际蒸散发,构建了考虑实际蒸散发的水热盈亏指数来表征流域的干湿状况,采用敏感系数法评估了流域干湿状况对气候和下垫面条件的敏感性,并基于数值实验法定量估算了气候和下垫面变化对流域干湿状况变化的贡献率。研究表明:渭河水热盈亏指数年际变化呈减小趋势,即渭河流域有逐渐变干的趋势。渭河上游干湿状况的变化对植被覆盖度变化最敏感,对有效灌溉面积的变化最不敏感;中下游干湿状况的变化对降水和潜在蒸散发的敏感性要强于对下垫面条件变化的敏感性;泾河流域干湿状况对灌溉的响应明显强于气候变化,而北洛河则正好相反;有效灌溉面积的变化是渭河干流区域干湿状况变化的主导因素,而降水和有效灌溉面积的变化共同主导着泾河流域干湿状况的变化,北洛河降水的变化对其干湿状况变化的贡献率超过了100%,占主导作用。