气候变暖及全球性水资源短缺使得陆地生态系统水碳循环成为众多科研工作者及科研机构研究的焦点。农田生态系统作为地表与人类活动联系最密切的生态系统,不仅推动着社会经济的发展,还能够影响大气中的水碳循环过程。因此,定量把握农田生态系统水碳循环的特点对水资源合理配置和“固碳减排”具有重要意义。本研究以西北干旱葡萄田为研究对象,利用涡度相关系统、土壤碳通量测量系统和微型气象观测系统,获取了2017~2018年通量观测数据和气象数据。基于处理后的观测数据分析了不同时间尺度下能量通量和碳通量的变化特征、水碳通量与环境因子之间的关系及碳水耦合规律,除此之外,还通过CEVSA模型模拟结果与涡度观测值对比分析来验证CEVSA模型在葡萄田水碳通量模拟的适用性及准确性,并对不同气候变化情境下葡萄田水碳通量的变化进行了预测。主要结论如下:(1)2017年5～10月葡萄田能量分配具有明显的日变化特征,净辐射通量(Rn)、显热通量(H)、潜热通量(LE)和土壤热通量(G)均呈先增加后减小的趋势,前三者均在14:00左右达到最大,而G的最大值出现的滞后一些。2017～2018年生长季内各能量通量的变化不尽相同。Rn与LE最大,变化趋势呈“单峰型”。H的变化与LE相反,当生长季内LE最大时,H为负值,这与净辐射通量在各分量之间的转化有关。(2)葡萄田净生态系统交换量(NEE)和总初级生产力(GPP)的日变化趋势基本一致。夜间无光合作用,固碳量低,葡萄田表现为弱的碳源,日出后温度升高,光照增强使得光合能力提高,葡萄田表现为强的碳汇。不同月份碳通量日变化呈现明显的季节特点,5～10月碳通量的日变化量不同,6月份中午的碳通量值最大,7、8月次之,10月最小。生长季内,碳通量的季节变化特征比较显著,在萌芽期葡萄田表现为弱的碳汇,在葡萄快速生长期表现为碳汇,且固碳量不断增大,至生育末期逐渐减小。(3)日尺度下蒸散发(ET)对环境因子的响应与净生态系统交换量(NEE)不同。光合有效辐射是影响ET日变化的主要环境因子,其次为温度。日尺度下,土壤温度与NEE的相关性最强,光合有效辐射次之,饱和水汽压差相关性最小。半小时尺度下,蒸散发(ET)和净生态系统交换量(NEE)对环境因子的响应较为一致,二者均与光合有效辐射呈极显著(P<0.01)线性正相关,与温度和饱和水汽压差呈环状分布,相关性比较小。蒸散发(ET)和净生态系统交换量(NEE)与环境因子的关系有明显的季节差异性。冠层尺度的水、碳通量之间呈现明显的线性正相关关系,表明在冠层尺度上,水碳通量之间具有显著的耦合作用。(4)将CEVSA模型模拟值与观测值进行对比验证,结果表明,CEVSA模型对水碳通量的模拟达到了较好的模拟效果。基于不同的气候变化情景,该模型预测了不同气象变量条件下葡萄田水碳通量的变化特征。结果显示:ET对净辐射变化不敏感,对相对湿度、温度和降水的变化比较敏感。GPP与NEE对气象变量的敏感性基本一致,净辐射的变化对二者影响不大,GPP和NEE对相对湿度和降水的变化比较敏感,且GPP和NEE与相对湿度和降水均呈正相关变化。温度对GPP和NEE的影响与其他变量不同,当前温度下模拟的碳通量比温度±2?℃时模拟值都大,这表明当前温度可能更接近于葡萄光合作用的最适温度。