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近50年来人类活动导致的以全球变暖为主要特征的气候变化，对水资源的供需平衡产生直接和间接的影响，影响到与区域水资源相关的一系列宏观决策。我国西北地区地处欧亚大陆腹地，是生态脆弱区和气候敏感区，其生态环境受水资源影响非常严重。河西地区地处西北内陆，水资源短缺影响了该区的社会经济持续发展，同时也制约着绿洲农业发展和生态环境恢复重建。因此对于该地区的气候变化趋势及其水资源响应的研究对于区域水资源管理决策和客观认识气候变化风险有着重要意义。本文在研究河西地区气候要素变化趋势的基础上，探讨气候变化对典型流域石羊河流域的来水与农业需水的影响，主要研究内容及结论如下：（1）采用Kendell相关分析法和有序聚类分析法对于河西地区气候变化要素进行分析，结果表明：气温呈显著升高趋势，多数站点1996年发生突变；平均风速多呈显著减小趋势，均发生突变；平均相对湿度和日照时数的变化趋势较为复杂，有增有减，大多无突变。（2）采用Penman-Monteith公式计算了河西地区的参考作物蒸发蒸腾量，并用相关法分析了河西地区参考作物蒸发蒸腾量的变化规律及其与气候要素和地理位置的关系，对未来变化进行预测，结果表明：河西地区年ET0值为西高东低，海拔高度与ET0值显著相关，海拔每升高100m，河西地区中部和东部各站年均ET0值约减小19mm，西部各站约减小12.4mm；气象要素对于年ET0值的影响表现为年平均相对湿度>年平均风速>年日照时数>年降水量>年平均气温；未来20年河西地区东段年ET0值呈增加趋势，中段和西段多呈减小趋势，且各站差异明显。（3）计算了石羊河流域主要作物的灌溉需水量，用主成分回归分析法分析了民勤县各种气象要素对各作物灌溉需水的相对影响程度，气温和风速的影响最大，湿度和降水的影响其次，日照时数影响最小。（4）研究了在不同气温、降水变幅下以及未来可能气候情景下石羊河流域农业灌溉需水的响应。结果表明，气温每升高0.5℃，平均总灌溉需水量增加1958.24万m~3，平水年、枯水年、特枯年总灌溉需水量分别增加2060.19万m~3、1947.63万m~3、2135.90万m~3；降水每增加10%，平均总灌溉需水量减小2566.24万m~3，平水年、枯水年、特枯年总灌溉需水量减小2577.10万m~3、1982.07万m~3、1741.07万m~3。在A2、B2两种气候情景，石羊河流域气候变化相似，总结为一种情景，即2015年气温升高0.9℃；2025年气温升高1.5～1.6℃，降水增加2%～3%；2050年气温升高2.2～2.4℃，降水增加6%～7%。在此情景下2015年石羊河流域总灌溉需水增加3479.17万m~3，2025年增加4975.15～5636.21万m~3，2050年增加6582.07～7627.19万m~3。（5）对径流存在显著减小的大靖河、黄羊河、杂木河等支流自然阶段的径流和年平均气温、年降水和年ET0值进行回归分析发现它们之间大多不存在显著的相关关系。应用双累积曲线方法和时间序列对比分析法的综合法对径流变化趋势和突变均显著的大靖河、黄羊河、杂木河的径流进行分析，分阶段区分出气候变化和人类活动对径流变化的影响，结果表明气候变化对于大靖河各阶段径流变化的贡献率为25.3%—55.8%，人类活动的贡献率为44.2%—74.7%；气候变化对于黄羊河各阶段径流变化的贡献率为-188.2%—-0.2%，人类活动的贡献率为100.2%—288.2%；气候变化对于杂木河各阶段径流变化的贡献率为-127.8%—-20.9%，人类活动的贡献率为120.9%—227.8%。（6）采用双累积曲线，预测未来降雨变化可能情景下的石羊河八大支流的径流变化，分析石羊河流域未来供需水平衡的变化，结果表明，在未来可能的气候情景下，到2015年平均径流量减小21198.64万m~3，灌溉需水增加4975.15万m~3；到2025年平均径流量减小10233.82万m~3，灌溉需水增加8024.43万m~3。气候变化将导致未来石羊河流域水资源供需平衡的缺口变大。