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极端天气和气候事件，尤其是农业生产区的短期极端干旱和洪涝事件，近年来受到越来越广泛的关注。美国大平原南部地区(Southern Great Plains，以下简称SGP)是北美最重要的粮食产地之一，其土壤含水层对于该地区的农业灌溉和农作物收益有着重要的影响。针对此区域大气和陆地圈层水循环的数值模拟研究是考察该地区气候变化—水文资源—农业生产相互作用的重要组成部分，有利于促进该地区农业经济的可持续性发展。本论文通过研发区域气候—灌溉耦合模式，深入探讨了该农产区生长季大范围农业灌溉与气候系统和陆地水循环的相互作用，理解其对气候系统的影响及其机理，为水资源合理利用以及气候—灌溉—农业生产决策提供科学支撑。为确保耦合模式的适用性和准确性，我们首先诊断了所采用的气候研究和预报模式（WRF）在没有考虑灌溉时对该地区农作物生长季气候的模拟性能。针对六个极端干旱与湿润的生长季（4-9月），探讨了WRF模式对陆面过程模式和积云对流参数化过程的敏感性。研究结果表明，在极端气候事件的背景下，陆面过程模式对该地区极端生长季气候系统的水汽收支平衡，以至于整个区域天气气候，都有着比积云对流参数化过程更为显著的影响。在所测试的两个陆面过程模式中，包含相对复杂物理过程的参数化方法导致了降水的较大高估，其误差主要来自由地表蒸散高估所导致的过量高空水汽辐合。同时积云对流参数化方案的缺陷和不足导致了模式无法准确描述降水的日变化。应用当前模式的陆面过程和积云对流参数化方案模拟SGP地区的极端生长季降水依然充满了挑战和不确定性:前者对整个生长季的降水总量有着重要的影响，后者则直接影响模拟的降水空间分布。 为进一步理解该地区以及全美大范围灌溉对区域气候的影响，我们研发了一个崭新的灌溉方案，并将其耦合进了WRF-Noah-Mosaic陆面模式中。应用此耦合气候—灌溉数值模式，我们在线模拟并诊断了全美灌溉用水对美国2012夏季(June-July-August，JJA)区域气候的影响，着重考察了其对降水分布、量值和大尺度环流形势的调整。为了准确地在气候数值模式中实施灌溉方案，我们将MODIS卫星反演的地表灌溉分布数据引入WRF-Noah-Mosaic模块，用以决定灌溉区域。新研发的灌溉方案主要取自美国实际灌溉操作中最主流的灌溉方法（如灌溉持续时间，灌溉速率等）。应用该气候—灌溉耦合模式对美国夏季降水的数值模拟研究表明，在与引入的灌溉方案最相符合的实际灌溉区域，模式能很好地动态模拟农作物区的灌溉用水需求，例如，在美国High Plains大平原农产区，所模拟的日灌溉用水需求误差在0.3 mm day-1以下。所模拟的大尺度环流形势和热、动力学特征也均受到了灌溉过程的影响和调整，表现为该季主导美国中部地区的大陆高压系统被加强，并在Midwest地区的北部触发了一个高空低涡环流。随着大尺度环流形势的调整，全美的降水分布及其量值被显著改变。在High Plains大平原以及美国中部，灌溉导致了大尺度水汽辐合趋向降低和降水减少。在全美四个主灌溉区的下游地区，灌溉的引入导致降水显著增加，极大地改善了未实施灌溉的数值模拟中的降水低估，在下风方区域的大部分地区，其降水低估误差减少了约20-100％。在全美范围内，随着大气—灌溉过程的动态耦合，所模拟的区域平均日降水偏差及其均方根误差均较未耦合前减少，体现了数值模式考虑灌溉过程的必要性和重要性。