黑河是中国第二大内陆河,是西北地区十分重要的战略走廊、经济走廊和生态安全走廊,近些年来由于受自然环境影响,加之人口增加和不合理的开发利用,流域水资源更为短缺,原本脆弱的生态环境进一步恶化,对气候变化更为敏感。气候变化对季节性积雪区的融雪径流产生较大影响,进而影响区域的水文循环过程。作为径流形成区的黑河上游流域的融雪径流对气候变化响应明显,且对区域发展具有特殊重要性。因此,在全球气候变化背景下,研究黑河上游流域融雪径流过程的模拟及对气候变化的响应,不仅对变化环境下流域水文循环与水平衡要素的地学基础理论研究具有重要价值,而且为流域水资源管理提供科学依据,对促进中国西北广大内陆河流域和地区的社会经济发展和生态环境保护等具有重要的战略意义。　　本论文利用最新的卫星遥感数据和气候变化研究结果,在总结分析目前融雪径流模拟、气候变化对积雪和融雪径流影响及黑河流域融雪径流模拟的国内外研究现状基础上,以黑河流域上游作为研究区,分析流域内积雪覆盖时空分布特征,积雪覆盖面积和融雪径流时间、基流的变化趋势及对气候变化的响应,通过扩展HIMS系统中的融雪径流模块,定制黑河流域上游的HIMS模型,预估未来气候变化对黑河流域上游径流和融雪径流的影响。本研究的主要研究内容及结论如下:　　(1)1960-2010年间,黑河上游流域内年平均气温及四个季节的平均气温均呈显著的上升趋势,年降水量和四季降水量呈不显著的增加趋势,降雪量没有发生显著的变化趋势;1960-2008年黑河流域上游出山年径流和年潜在蒸散发量均呈显著增加趋势:黑河上游平均气温和径流分别在1996年和1980年前后发生了突变。　　(2)基于2000～2011年的MODIS积雪数据产品对黑河流域上游积雪覆盖面积的年内分布过程和年际变化趋势的分析结果表明,黑河流域上游积雪年内分布呈双峰型,峰值分别在秋季和春季。2000-2011年黑河流域上游积雪面积呈上升趋势,春季和秋季的积雪面积也呈上升趋势,夏季为减少的变化趋势,冬季积雪面积没有明显的变化趋势。　　(3)黑河上游流域内三个水文站融雪径流时间的分析结果表明,莺落峡站和札马什克站的融雪径流时间自70年代起表现为提前的趋势,祁连站的融雪径流时间自80年代起开始显著提前。与气候变化的相关性分析结果表明,野牛沟站和祁连站4-7月份气温升高或者10为至次年4月降水量增加,都会使莺落峡站的融雪径流时间提前。同时莺落峡站融雪径流时间提前,年径流量以及夏季和秋季的径流量会减少,而冬季和春季的径流量会增加。　　(4)黑河上游4月份的出山径流主要由基流和融雪径流组成,日径流量与提前2天的日平均气温相关系数最高,与降水量的相关系数较低;黑河上游4月份融雪径流变化过程呈单峰型或双(多)峰型,峰值出现时间较气温变化峰值出现的时间滞后1-3天。　　(5)结合能量平衡法和度日因子法,完善了HIMS系统中的融雪径流模块,并构建了黑河上游山区流域的HIMS模型,同时采用基于响应曲面方法的Sobol定量全局敏感性分析方法来分析HIMS模型参数敏感性。在率定期和验证期内,HIMS模型对黑河上游出山径流的日过程和月过程模拟的效率系数均分别都达到了0.81和0.97,体积误差均低于7％,模拟效果较好。　　(6)黑河上游未来气候变化情景及其对径流的影响分析结果表明,黑河上游未来年降水量和年平均气温及各个季节的降水量和平均气温,均呈增加趋势,年降雪量呈现不同程度的减少;未来黑河上游年平均径流量变化幅度不大,夏季和冬季平均径流量呈减少的变化趋势,秋季呈现增加的趋势,春季平均径流量在2041-2060年呈减少的趋势,但在2061-2080年和2081-2099年均主要表现为增加的趋势。莺落峡站4月份的高概率值流量在未来呈明显的增加趋势,尤其是在2061-2080年和2081-2099年这两个时期增幅达到50％,这对于缓解春季干旱和增加农业的春季灌溉都是有利的。