山地作为天然水塔,为其下游社会经济发展提供了大量水资源。在气候变化影响下,山地水文过程响应敏感且复杂,直接影响到流域水资源的可持续利用。由于气象要素及下垫面的空间变异性、观测站点的缺乏、各圈层的复杂交互作用等,使得山地水文过程模拟及水文研究较为困难。定量评估气候变化背景下的山地流域水循环变化,对于流域内社会经济可持续发展以及生态环境保护具有重要意义。本研究选择怒江流域为研究区,首先,评估降水及蒸散发产品在流域的适用性,以分析主要水循环要素的空间分布规律,并探讨流域在1970～2011年的气温、降水及径流的年际和季节变化特征;利用数字高程模型（DEM）、土地利用、土壤及气象数据等资料,构建怒江流域Soil and Water Assessment Tool（SWAT）模型;设置多种气温及降水变化情景,辨识怒江流域不同山地环境水文过程对气候变化的响应机制。得到主要结论如下:（1）怒江流域年平均气温呈现自北向南递增的空间分布格局,降水及蒸散发沿河流流向大致呈现出低-高-低-高的变化规律。1970～2011年,怒江流域变暖趋势显著,年平均气温及各季节气温均呈显著上升趋势,冬季增幅高于其他季节;与全流域普遍增温趋势不同,站点观测的流域降水变化增减不一,大体呈现出在西藏境内增加、云南境内减少的变化趋势;道街坝站的流量以39.5（m3/s）/10 a的速率呈不显著增长趋势,主要存在28 a尺度的振荡周期,雨季流量呈现52.9（m3/s）/10 a的不显著增长趋势,枯季流量以19.7（m3/s）/10 a的速率显著增长并在1988年发生突变。（2）在率定期及验证期,怒江各水文站在月尺度上的纳什效率系数（NSE）均保持在0.75以上,大多数站点的相对偏差（PBIAS）控制在±10%以内。SWAT模型因考虑了气候和下垫面的空间异质性、融雪对水文循环的影响,因而能够较好地反映怒江流域的水文过程。（3）怒江流域产水量对气温变化响应的复杂程度大于降水,上游、中游和下游产水量变化具有较大差异,其中上游产水量对气温变化的响应最为敏感,中游次之,下游较小。在相同气温增幅下,流域上游潜在蒸散发的增加量大于中下游,蒸发能力的增加引起了蒸散发、土壤含水量及地下水补给量的变化,受此影响,上游地下径流的减少幅度高于中下游。另一方面,当气温升高时,上游更多降雪以降雨的形式发生,导致春季融雪量的减少,同时,地表土壤解冻时间提前也使得不透水性减弱及下渗增加。融雪和解冻过程共同作用使得上游春季地表径流量大幅减少,中游积雪和冻土较上游少,地表径流的变化也相对较小。（4）地下径流及融雪径流是发源于青藏高原的大河在枯季重要的补给来源,对于下游地区旱季水资源利用尤为重要。位于青藏高原上游地区的蒸发能力和冰雪水文过程更易受到气候变暖的影响,其水文过程变化更为敏感和复杂。