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气候变暖引起的社会经济和生态环境问题已受到全球广泛关注。亚洲中部干旱区是典型的生态脆弱区，其水资源系统脆弱，对气候变化响应敏感。本文以天山南坡典型山区流域开都河为研究区，首先探讨了CFSR再分析数据在缺资料的干旱山区水文模型建模中的适用性，采用LOCI、Gamma分布映射和gamLOCI三种方法对CFSR再分析降水数据进行偏差校正，比较了三种方法应用于SWAT模型日径流模拟的结果差异。其次，采用经过统计降尺度处理的GCMs数据驱动率定好的水文模型，模拟了在RCP4.5和RCP8.5情景下开都河流域到本世纪中叶的水文响应和水资源变化趋势。最后，采用了四种GCMs模式作为降雨输入数据和三种开都河流域的水文模型模拟径流，分析了整个技术路线中输入数据、模型结构和模型参数的不确定性。主要结论如下: (1)在干旱区山区，CFSR降水数据相比于站点观测数据主要表现出低估强降水、高估弱降水的特征。对于高海拔山区的强降水月份，CFSR数据表现出低估的特征;对于平原地区和其他月份整体表现出高估特征，特别是在低海拔的山前平原区，高估幅度最大。无论是在高海拔山区还是平原区，CFSR数据都存在过多的小降水事件。CFSR降水数据与站点观测数据的偏差、相关性与高程、季节相关。总体而言，高海拔山区相关性优于平原地区，春秋两季相关性优于夏冬两季，高海拔山区和平原地区的偏差大于中海拔地区，夏秋两季的偏差小于春冬两季。综合分析三种偏差校正方法的校正结果，LOCI法能校正降水数据的湿日频率和湿日降水强度，但会扭曲降水变化中的极值;Gamma分布映射法能保留降水信号中的极值，但不能校正湿日频率和湿日降水强度。gamLOCI法综合了LOCI法和Gamma分布映射法的优点，对于高海拔山区的CFSR降水数据，采用gamLOCI法的校正效果最优，而在平原地区三种方法没有显著差别。采用原始CFSR降水数据驱动水文模型模拟的径流量偏大，相对偏差大于40％，且春季洪峰提前，洪峰峰值提高。所以CFSR降水数据在西北干旱半干旱区偏差大、精度低，并不能直接作为干旱山区水文模型的输入数据，采用偏差校正方法进行订正是必要的。LOCI、Gamma分布映射和gamLOCI法校正后的降水数据驱动水文模型得到的径流模拟效果都有很大提升，三种校正方法各有特点但径流模拟结果差别不大，都能获得较为满意的校正效果。 (2)在全球气候变暖背景下干旱山区年降水量和温度整体呈增加趋势，即从“暖干”向“暖湿”逐渐转型，但年内各月份增加幅度却并不一致。降水在冬季和夏季增加幅度较大，在春季和秋季增加幅度并不明显。全年各个月份温度都在升高，但是气温在冬季和夏季增温速率较快，在春季和秋季增温速率较慢。总体而言，在RCP8.5情景下干旱山区的降水量在年内的差异性和波动性都将增加，降水会更集中在夏季，而在RCP4.5情景下年内各季节的降水分配趋于平均。中亚干旱山区未来地表径流补给、地下水补给、降雪将减少，而降水、实际蒸散量、潜在蒸散量将大幅增加。到2035年，春季和秋季径流将增加，冬季和夏季径流会减少。到2070年，全年各季节段的径流都呈现出减少的趋势。2016-2023年开都河流域水资源量较为丰富，年径流量在20～35亿立方米。但是到2051-2070年，RCP8.5情景下流域年径流量在10～35亿立方米，且水资源量的年际波动较大，而RCP4.5情景下2051-2070年的年平均径流量为10～15亿立方米，年际变化较平稳。未来开都河流域内周边高海拔山区的融雪量增速明显，而在低海拔的山前平原区和峡谷区融雪量呈减少的趋势。这可能是由于流域内温度升高，雪线上升造成的。 (3)气候波动的水文响应模拟过程中偏差校正方法的不确定性最小，输入数据、模型结构和模型参数的不确定性都是不容忽视的。输入数据的不确定性在年内的丰水期比较大，在枯水期比较小，模型结构的不确定性在丰水期和枯水期都比较大。但是模型结构的不确定性在径流形成和增涨阶段的不确定性要大于径流消退阶段。