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水资源供需矛盾是人类共同面对的难题，在干旱区表现尤为突出。大气降水是水资源的基本构成，是水循环的输入项，从根本上决定着一个地区水资源的丰富与否。降水同位素演化机理是同位素水文学的核心科学问题。 精确的同位素效应分析，取决于对控制降水同位素演化的各种过程的准确而完整的监测与分析。通过分析降水氘盈余，能够解构降水过程。纵观已有的降水同位素研究，有以下的薄弱环节:(1)中国西北部干旱区缺乏降水同位素研究;(2)水汽再循环研究严重不足;(3)动力分馏过程研究较少;(4)氘盈余的研究匮乏;(5)水汽再循环量化方法存在较大缺陷。 我国新疆是世界三大极端干旱区之一。新疆地区因本地蒸发强烈，陆地内循环对同位素演化的影响十分明显。其境内的天山有“中亚水塔”之誉，水循环与水资源研究的地位十分突出，是探讨以上5个问题的理想区域。 为此，本文在天山一号冰川附近的高山站（海拔3545m）和后峡站(海拔2100m)开展了为期一个水文年以上的降水观测与取样，并在北疆乌鲁木齐河和南疆库马拉克河连续采集河水样品，分析其水同位素组成。对全国气象数据、全球大气降水同位素监测网(GNIP)中我国（及周边站点）的长期观测资料以及文献中已报道的数据进行分析计算。在分析了全国降水同位素分布格局与区域气候变化的基础上，以新疆干旱区为重点，建立了氘盈余计算再循环比的定性与定量方法体系，定量探讨了本地水汽再循环过程对降水同位素的影响。 通过以上研究发现: (1)水汽来源与降水同位素关系密切。全国尺度上，按照水汽来源可以分为南太平洋区、北太平洋区、西风带区、极地气团区和青藏高原区（青藏高原气候类型特殊，虽非单一水汽源，单独作为一个地区）。在任一单一水汽来源控制区，降水稳定同位素渐变趋势明显，氘盈余变化较小。 (2)温度效应、降水量效应和本地雨水线在各区差异显著。西风带区和极地气团区、北太平洋区（东北地区）温度效应显著，但原因不同。西风带区温度效应主要是西风带源区的季节漂移所致，而极地气团区与北太平洋区的温度效应则主要是水汽来源差异所致（冬季为西风带和北冰洋水汽;夏季为西风带和太平洋季风）。南太平洋区降水量效应较为显著。δ18O-降水量梯度在-0.49～0‰/mm之间。受季风强度影响，梯度值和存在降水量效应的区域会有所变化。按照水汽源区确定的区域雨水线（RMWL）参照意义更强，各区降水线不同。其中，青藏高原区的区域雨水线斜率最大，与水汽再循环关系密切。 (3)新疆地区温度和降水量过去50年来均有所增加。以天山为界，北疆气温和降水量增幅均高于南疆。北疆增温主要是西伯利亚寒流减弱所致;新疆水汽源的北移和北大西洋涛动(NAO)的周期变化是新疆降水量增加的原因之一，也是北疆降水量高于南疆的原因。 (4)等热膨胀、云下蒸发和水汽再循环是影响乌鲁木齐河流域降水同位素演化的重要过程。西北干旱区氘盈余有反高程效应，随着海拔的增加，氘盈余逐渐变低，与湿润区相反。其原因是干旱区海拔越低的地区，再循环比越高，而湿润区，海拔越低，云下蒸发的作用越突出。 (5)乌鲁木齐河流域，云下蒸发过程中，降水蒸发比率每增加1％，氘盈余下降1.1-1.2‰，与阿尔卑斯山（湿润区）观测得到的结果一致。乌鲁木齐站的再循环比年均为8％，远高于高山和后峡站，但是低于全球平均的10％，说明其再循环能力较弱。水汽再循环的存在，致使降雪与降雨之间的同位素-温度梯度相差达20％，并出现反高程效应。在开展水文地质、古温度和古高度恢复研究时，应进行水汽源（包括外来水汽与本地水汽）分析。 (6)干旱区的氘盈余方法确定再循环比精度小于1％，是一个能够独立用于量化再循环的方法;统计学方法与同位素示踪并用，在不同尺度上确定了水汽源与温度、降水量和同位素的关系，为研究气候变化及其影响提供合理的研究手段。 上述结果为水汽来源的示踪和古温度及古高程的恢复，以及内循环水汽的定量化评价提供了理论依据，有利于干旱区水资源的合理利用。