全球气候变暖对不同地区的水文变化和水分循环产生重要影响。空气湿度作为衡量大气水汽含量的重要因素,与区域气温、降水关系十分紧密,同时也与自然环境、农业生产、人类生活等息息相关。另外,西北干旱区的干湿状况是区域内气候变化和水文循环的重要响应。因此,分析干旱区空气湿度时空变化特征及其影响因素,可以深入了解生态脆弱区的干旱化问题,对区域生态环境稳定和水资源合理利用具有重要指导意义。本文基于西北干旱区近50多年气象数据,选用相对湿度、绝对湿度、比湿三个湿度参量,对研究区近地面至高空湿度时空变化趋势、突变及周期震荡规律进行分析,并运用相关性、敏感性分析等方法揭示湿度变化与气象因子、环流因子等要素的关系。最后,基于均生函数-最优子集回归法建立湿度变化预报模型,并对未来十年湿度变化进行合理预估,为应对气候变化,提高气候干湿年预测精度提供科学依据。研究结论如下:(1)1960-2016年,西北干旱区近地面年均相对湿度呈不显著降低趋势(-0.125%/10a),而年均绝对湿度和比湿均表现为极显著(P<0.001)增加趋势,速率分别为0.068g/m3/10a和0.069g/kg/10a。相对湿度在对流层下层为不显著下降趋势(-0.233%/10a),而在对流层中、上层则为显著上升趋势,速率分别为0.189%/10a(P<0.05)和0.16%/10a(P<0.01)。绝对湿度和比湿在对流层中、下层呈不显著增加趋势,而在对流层上层变化速率趋近于零。近地面至高空季节平均相对湿度表现为冬季最大,其次是秋季和夏季,而春季相对湿度较小;而绝对湿度和比湿均以夏季最大,冬季最小,秋季略高于春季。从年际和季节变化曲线来看,各湿度参量基本以80年代中后期和2002年为界,呈现“平缓—上升—下降”的变化趋势,其中90年代增湿显著,并在2002年达到极大值转为大幅度下降趋势。(2)在显著性水平为0.05,置信度临界值为±1.96的条件下,近地面相对湿度未有突变发生,绝对湿度和比湿突变年份在1987年;而在对流层下层三个湿度参量突变时间均发生在60年代初。各湿度参量存在长时间周期主导下的长短周期震荡叠加,且不同周期幅度会随时间尺度降低而降低。整个研究时段内,在近地面三个湿度参量均显示出28年的主周期,震荡最为强烈,且湿度平均变化周期为20年,共经历3次湿度偏高-偏低交替。对流层下层相对湿度以23年为主周期,有3次湿度交替变化;而绝对湿度和比湿以29年为第一主周期,22年为第二主周期,且均经历4次湿度偏高-偏低转换。对流层中、上层各湿度参量主要以22年为主周期,平均周期为15年,约有4次湿度偏高-偏低变化。(3)从空间变化来看,在近地面相对湿度整体呈现出由东向西、由南向北逐渐增大的分布特点,而绝对湿度和比湿均呈现由东向西、由北向南逐渐增大的特点。相对湿度在南疆呈较显著增加态势(P<0.05),而北疆与河西走廊呈不显著下降趋势,而绝对湿度和比湿在绝大部分地区增加态势显著(P<0.05)。在对流层,各湿度参量均表现为乌鲁木齐、库车地区增加趋势最为显著(P<0.01);而在北塔山、张掖等地区降低趋势显著(P<0.05)。(4)近地面至高空各湿度参量与降水量的相关性均高于气温。近地面各湿度参量与降水量均呈显著正相关关系(R=0.513、0.668、0.671,P<0.05),而在对流层仅下层冬季和中层秋季呈不显著正相关。不同高度层的相对湿度与气温呈负相关,且近地面春、夏季(P<0.01)以及对流层下层冬季(P<0.05)相关性较高;近地面绝对湿度及比湿与气温呈显著正相关(P<0.01),而在对流层仅下层秋季、冬季以及中层的冬季呈显著正相关关系(P<0.01)。另外,西北干旱区各湿度参量与亚洲区极涡面积指数负相关性最显著(R=-0.397、-0.512、-0.503,P<0.01),而与西藏高原指数正相关性最高(R=0.394、0.477、0.468,P<0.01),与北半球副高、西太平洋副高、东亚槽位置等环流指数相关性也较强,通过了0.01的显著性检验。(5)从气温、降水量对湿度影响程度的定量分析来看,若降水量增加10%,可导致近地面相对湿度、绝对湿度、比湿分别增加1.22%、2.08%、2.14%;若气温升高10%,可诱发相对湿度减少0.96%、绝对湿度和比湿分别增加2.29%、2.47%。另外,不同季节中气温、降水量对湿度变化的影响程度也有所差异,其中夏季气候要素变化对湿度的影响程度最大。近地面相对湿度对气温敏感性较高,而对流层相对湿度与降水关系更为密切;而不同高度层绝对湿度、比湿对气温敏感性均强于降水。(6)以西北干旱区各湿度参量时间序列为基础,利用均生函数-最优子集回归建立湿度预测模型,其决定系数R2基本达到0.6以上。但不同高度层的预报效果具有一定差异,各湿度参量均以近地面湿度的预测效果最佳。从未来10年的预测数据来看,近地面各湿度参量均表现为波动下降趋势,且以北疆、南疆地区的降低态势较为明显。对流层下、中层湿度基本呈现先上升后下降的变化态势;而上层湿度以北疆、南疆地区呈先增加后减少态势,河西走廊为波动下降态势。