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土壤呼吸是土壤碳向大气流通的主要途径，它是由植被根系自养呼吸和微生物异养呼吸过程组成。随着全球气候变暖，青藏高原地区气温升高，降水增加，土壤呼吸也随之发生变化。一方面，由于高原地区土壤呼吸观测时间较短，无法反映土壤呼吸对气候变化的响应。另一方面，随着数值模式不断改进，数值模拟已经成为研究土壤呼吸过程的重要方法。因此本文利用数值模式，结合观测资料和遥感数据，对青藏高原1980-2012年土壤呼吸及其对气候变化的响应机理进行了系统模拟研究。 土壤质地通过改变土壤孔隙度、水热状况等影响土壤呼吸过程。由于青藏高原土壤质地较粗，砾石含量较高，而目前较少有陆面模式在土壤质地描述中考虑砾石。首先针对模式不足，建立了适合高原的砾石参数化方案，并研究了砾石对土壤水热过程和土壤呼吸过程所产生的影响。其次通过建立单点敏感性模拟试验研究了土壤呼吸对不同增温条件和降水变化条件的响应机理。最后模拟了青藏高原区域33年地表水热通量和碳循环，分析了土壤呼吸对气候变化的响应。主要结论如下: (1)针对模式不足，建立了砾石参数化方案，并利用玛多和那曲的观测资料检验发现，砾石含量的增加，降低了土壤持水能力，增加了地表入渗、土壤导水率和排水能力。在砾石含量较高地区浅层土壤水向深层迁移，导致浅层土壤含水量降低，深层土壤含水量增加。新方案模拟的玛多和那曲站各层土壤含水量与观测值之间的平均偏差相对于原方案分别下降了25％和48％。另外随着砾石含量的增加，土壤导热率增加，热惯性减小，深层土壤温度对气温的响应也更迅速。新方案的模拟的春季土壤消融期更准确，玛多和那曲各层土壤温度模拟值与观测值之间的平均偏差相对于原方案分别下降了25％和9.1％。考虑砾石的新参数化方案对土壤含水量和土壤温度的模拟均有较大提高，新参数化方案适用于高原含砾石土壤水热过程的模拟研究。 (2)通过单点敏感性模拟试验，研究土壤呼吸对不同增温条件和降水变化条件的响应发现，在33年平均气候态上，土壤异养呼吸与土壤温度和土壤含水量在季节循环上都变现为显著正相关关系。其中土壤异养呼吸和土壤温度满足指数回归关系，而与土壤含水量满足线性回归关系。对比不同敏感性试验年际变化差异发现，改变降水年际变率会显著影响土壤异养呼吸平均值和年际变化趋势。降水增加会使得土壤异养呼吸相对于控制试验增加10.3％，而降水减小会使得土壤异养呼吸减小17.5％。降水变化与土壤异养呼吸变化在不同季节都呈一致显著正相关关系，其中由于降水集中于夏季，所以降水敏感性试验模拟的土壤异养呼吸夏季变化最明显。另一方面，气温变化对土壤异养呼吸的影响在不同季节表现也不同，使得改变温度年际变率对土壤异养呼吸呼吸的影响较小。由于气温会改变土壤消融期长度和土壤湿度，气温变化与土壤异养呼吸在春秋季为正相关关系，在夏季呈负相关关系。 砾石对土壤呼吸影响的敏感性试验研究表明，在青藏高原地区，含砾石土壤温度较高，有利于植被的生长和土壤呼吸作用的加强。但是随着土壤砾石含量的增加，浅层土壤湿度的迅速降低，土壤呼吸强度也随之减弱。这说明砾石主要是通过改变土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸产生影响。 (3)通过模拟整个青藏高原区域1980-2012年地表水热通量和碳循环，分析土壤呼吸对气候变化的响应发现，模式对高原冻土分布模拟基本准确，但是冻土范围模拟偏小。过去33年青藏高原土壤温度呈上升趋势，且浅层土壤增温幅度大于深层。青藏高原多年冻土区深层土壤含水量与气温呈显著正相关关系，而非多年冻土区深层土壤含水量与降水呈显著正相关关系。青藏高原大部分地区土壤呼吸年际变化与降水变化呈显著正相关关系，而与气温变化的相关关系不显著。土壤呼吸的气候态空间分布呈东南高西北低的特征，与降水的空间相关系数为0.83，与气温的空间相关系数为0.65。另外土壤呼吸的变化趋势空间分布特征也受降水影响显著，其中与降水的空间相关系数为0.41，而与气温的空间相关系数为-0.12。