干旱是一个全球性问题,其成因复杂、影响广泛、时间跨度大、破坏力强,严重威胁着自然生态系统的健康稳定以及人类社会经济的可持续发展。自第二次工业革命以来,大气中二氧化碳等温室气体含量急剧增加,全球气候正在经历以“变暖”为主导的改变,气候系统的能量收支平衡和物质循环过程受到深刻影响,水循环过程加速,水资源时空分布不均加剧,干旱灾害的频次增加,强度增大,影响程度逐步加重。我国作为受干旱灾害影响较为严重的国家之一,其干旱事件具有多发性、持续性、分布面积广、灾害损失严重的特征,是社会经济发展的重要制约因素。因此,迫切需要开展气候变化对干旱情势的影响评估。基于这样的背景,论文首先探讨了中国151个典型流域的水循环通量的时空演变趋势及其气候响应特征,研究了在气候变化影响下,干旱事件对气候变化的响应以及干旱风险从气象至水文的传播过程;预估了考虑气候内部变率影响下中国未来旱情的变化,并从全球角度分析了不同温升情景下干旱风险的情势转化,量化了全球干旱风险变化的社会经济与人口暴露度。论文的主要研究工作和成果如下:（1）基于历史观测数据和31个气候模式集合输出数据,开展了流域水文气象通量的时空演变趋势分析及其对气候变化的响应研究。采用基于分位数映射的日偏差校正（DBC）方法,XAJ、GR4J、HBV和HMETS四个概念性集总式水文模型,产生中国151个典型流域1961～2100年逐日降水、气温、径流模拟情景,基于回归分析法量化水文气象通量的时空演变趋势,利用克劳修斯-克拉珀龙（C-C）热力学方程探讨各通量对气候变化的响应强度及类型。结果表明,中国大陆大多数流域的年降水总量表现出增加的趋势,但伴随着显著的空间异质性以及季节分异性;径流变化并不完全服从降水变化规律,空间异质性以及季节差异更为明显。降水、径流对气候变化响应强烈:中国大部分流域降水和径流随气温增加呈强C-C标度（大于6.8%/℃）响应,但径流的响应强度略低于降水。两者的气候响应结构存在一定程度相似:在中国东北、西南地区的流域,表现为单调递增型;在中部以及南部地区的流域,大多呈Hook类型。（3）基于中国151个典型流域气象数据和径流数据,分别计算了气象干旱和水文干旱指标,开展了干旱事件对气候变化的响应机理研究,揭示了旱情从气象至水文的传播过程。通过游程理论分别提取气象干旱和水文干旱事件,将水汽通量对气候变化的响应结果与未来干旱情势变化相关联,并分析气象干旱至水文干旱传播过程中特征变量的变化。结果表明,流域降水和径流的增加趋势并不意味着未来旱情有所缓解,但降水和径流的热力学响应结构与未来旱情紧密相关。若水汽通量表现出单调递增的气候响应类型,未来旱情将有缓解;若其呈Hook响应类型,未来旱情将恶化。在干旱事件从气象至水文的传播过程中,水分异常亏缺的情势将被放大,导致干旱频次减小的同时,历时延长、程度加剧、空间异质性更趋明显;同时,水文干旱对气候变化的响应强度明显大于气象干旱。（4）采用具有40个成员的地球系统模型（CESM1）和包含10个成员的海—气耦合模式（CSIRO）考虑气候内部变率（ICV）对未来干旱情势的影响,利用气候模式集合输出数据估算的未来旱情变化中的人为气候变化信号和气候模式不确定性为参照,量化气候内部变率对中国未来旱情变化的贡献,并提出了一种直接考虑ICV影响的旱情预估方法。结果表明,与人为气候变化信号相比,ICV在干旱历时变化中的贡献较大,在干旱频次和干旱烈度变化中的贡献较小。在21世纪中期,与气候模式不确定性相比,ICV在气候变化的不确定性中占有主导地位;当将ICV直接纳入未来旱情预估时,中国气象干旱频次将增加,30年和50年一遇的干旱历时、干旱烈度重现水平将增大,旱情整体呈恶化趋势。在21世纪后期,中国大部分地区气象干旱旱情将略有缓解,但伴随模型不确定性显著增加。（5）在巴黎气候变化协议的框架下,基于三种温室气体排放情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）与13个气候多模式集合提取1.5℃与2.0℃温升情景,从全球角度出发,分析不同温升情景下气候态的变化以及干旱特征值对不同温升情景的响应;基于Copula函数和最可能设计组合模式,开展干旱多变量频率分析并划分风险等级,估算人口和社会经济暴露度。结果表明,气候变暖背景下地中海地区、南非、北美洲南部以及南美洲等地的旱情恶化程度最为明显。在温升1.5℃情景下,超过58%的陆地面积干旱风险将翻倍,75个（73个）国家的人口（GDP）完全暴露于干旱风险增大的区域。在温升2.0℃情景下,将有67%的陆地面积干旱风险翻倍,92个（90）国家的人口（GDP）完全暴露于干旱风险增大的威胁中。气候变暖下干旱风险的增加将给社会经济的可持续发展以及抗旱防旱工程带来挑战,将温升控制在1.5℃时的社会经济效益显著。