人类活动的加剧使得温室气体不断增加，导致全球气候发生变化，从而改变农业的区域特征及种植结构，对农业生产产生影响。研究气象要素变化、能量传输和水分交换，对于揭示气候变化对农业生产的影响有着重要意义。本文利用气象统计方法和土壤——植被——大气耦合模式，对杨凌农业区气象要素变化、能量传输和水分交换时空格局演变趋势进行了分析研究。其中气象统计方法主要包括一元线性回归法、滑动平均法和异常度分析法，用来确定气象要素的变化趋势、变化速率、发生变化的时间和显著程度等。土壤——植被——大气耦合模式从大气运动基本方程组出发，采用合理的边界层湍流参数化方案和陆面过程参数化方案，用于研究陆面物理过程与大气边界层相互作用。本文首先应用气象统计方法，得到了杨凌农业区1955~2010年的气候变化及季节变化特征，在此基础上，研究了冬小麦和夏玉米生育期内的气象要素变化；然后利用改进的土壤——植被——大气耦合模式对冬小麦和夏玉米生育期的水热输送进行了模拟，得到了杨凌农业区的能量传输和水分交换的时空格局演变趋势；最后利用模式进行敏感性试验，研究了反照率、土壤含水量和作物覆盖度等陆面过程参数的影响效应。文章的主要贡献和结论如下：1、应用气象统计分析方法进行气候变化研究。1955~2010年研究区域年平均气温呈上升趋势，增温主要从80年代中期开始，90年代至今尤为明显，四季平均气温全部呈上升趋势；年降水量呈减少趋势，主要是由于春秋两季的降水减少所致；年日照时数呈下降趋势，1980年后距平多为负值，四季的日照时数全部呈减少趋势。2、研究分析了冬小麦生育期内气象要素变化及其产生的影响。1980~2010年冬小麦生育期内变暖趋势非常显著，有利于正常出苗，增加分蘖数，保证安全越冬，促进抽穗和幼穗分化，但严重高温会影响产量；越冬期降水增多会起到增墒保温作用，返青期降水增多会增加分蘖数量，拔节孕穗期和抽穗开花期降水减少会降低产量；日照时数减少会形成弱苗，不利于光合作用，容易减产。3、研究分析了夏玉米生育期内气象要素变化及其产生的影响。1980~2010年夏玉米苗期和成熟期增温有利于出苗和灌浆，穂期和花粒期降温会影响产量；播种到出苗降水增多有利于苗期生长，出苗后降水减少不利于根系发育，拔节期降水减少不利于幼穗发育和茎叶生长，抽雄至灌浆期降水增多可保证高产；整个生育期日照时数减少不利于玉米的生长发育，影响产量和品质。4、利用土壤——植被——大气耦合模式进行作物生育期水热输送模拟。小麦生育期内，随作物覆盖度的增加，净辐射和潜热通量增加，土壤热通量减少，冬前期和越冬期，热量循环以感热为主，返青期后，热量循环以潜热为主；玉米生育期内，净辐射减少，土壤热通量随作物覆盖度的增加而减少，整个生育期热量循环以潜热为主；初始含水量设置相同时，作物覆盖度越低，土壤含水量下降越慢；冬小麦和夏玉米生育期的位温廓线具有明显的季节特征；比湿在空间上随着高度的增加而减小；湍流动能和湍流交换系数随作物覆盖度的增加明显减小。5、利用土壤——植被——大气耦合模式进行敏感性试验。反照率降低时，地表温度升高，净辐射和潜热通量增大，感热通量、土壤热通量和土壤含水量变化不明显；土壤含水量减少时，地表温度升高，净辐射和潜热通量减小，感热通量和土壤热通量变化不明显；作物覆盖度增大时，地表温度降低，净辐射、感热通量和潜热通量增大，土壤热通量减小，土壤含水量在午后的下降程度逐渐变小。