土壤水分是黄土高原自然生态系统与旱作农业维持和发展的主要环境要素,分析土壤水分时空变化过程,对土壤水分的可持续利用、农业的生产及生态恢复等均具有重要的参考意义。本研究以气象站点土壤湿度观测资料为基准,从空间季相分布、经典统计学、时间序列方法等方面对比评估了CLDAS,GLDAS-1和GLDAS-2.1Noah三套模式同化土壤湿度资料在黄土高原的适用性。并基于以上验证评估结果,选用国家气象信息中心发布的数据同化系统CLDAS的土壤湿度资料对2008–2014年黄土高原表层0-10cm土壤水分含量的时空分布及变化情况进行了研究分析。研究主要结果如下:(1)CLDAS陆面模式土壤湿度资料相比较其他两套资料(GLDAS-1/GLDAS-2.1),能更好的模拟黄土高原的土壤水分特征,且具有分辨率上的显著优势,对区域内土壤水分的空间细部特征具有很好的刻画能力,可用于区域尺度黄土高原土壤水分研究。在站点角度,CLDAS同观测资料表现出较好的相关水平和较低的误差。其中65%的站点模式和观测资料达到0.01的显著相关水平,整体较高;平均偏差整体偏小,80%的站点偏差分布在-0.05-0.05;85%的站点绝对误差集中在0.06以下,且有15个站点绝对误差小于0.03;88%的站点均方根误差分布在0.07以下。而就整个区域来说,CLDAS资料与观测资料之间相关系数为0.90(达到0.01的显著性水平);平均偏差和均方根误差也较小,(分别为0.01和0.02)。从时间序列变化来看,2011–2013年3-9月CLDAS能够较好的拟合区域土壤水分的时间变化趋势,但是在春季相比较实测情况会存在不同程度的低估,而在5-9月同实测台站资料非常接近。(2)2008–2014年,在空间分布特征上,各尺度黄土高原土壤水分均呈现为东南向西北递减的趋势,其中秦岭北麓、渭河谷地、六盘山周边地区为常年土壤水分含量高值区域,而榆林以西、银川以北及临河以南等为土壤水低值区域。在时间变化上,区域土壤水分含量年均值整体呈线性增长趋势。区域内空间年际变化,除秦岭北麓关中平原地区、青海西宁周边、山西省太原以北及内蒙古区域西北部等地区(占总区域面积的26%)为非显著减少外,其余74%的区域均呈增加趋势,其中非显著增加的区域达到黄土高原总面积的73%,广泛分布在研究区内的大部分区域(参见图4-2)。此外由区域内年均土壤含水量的变异系数分布可以看出,区域内东南和西南部土壤含水量年际差异不明显,变幅较小;而西北地区如:宁夏固原、内蒙古临河及包头以南等地年际变化波动程度较大。季节尺度,2008–2014年除春季外,夏秋季土壤含水量年际变化均呈线性增加趋势,其中春季土壤水分含量减少的区域占总面积的59%,夏秋季增加的区域分别占黄土高原的82%和71%。此外由区域内各季节土壤含水量的年均变异系数可知:春季固原、延安和临汾等周边地区年际波动较大;夏季年际变化较大的为天水、宝鸡和吴忠周边地区;而秋季为固原、平凉、包头和临汾以南。月尺度,各月份土壤含水量的年际变化差异中,春季3、4、5月份土壤含水量年际波动较大;此外除3、4月份外,其余月份2008–2014年土壤含水量均为线性增长趋势。