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流域水热平衡关系是流域水文研究的重要科学问题,也是流域综合管理的理论基础。气候变化背景下,水热总量和水热季节性(本文指降水的形态和雨热季节性变化特征)都发生了显著改变,并对流域生态水文过程产生深刻影响。本文通过发展完善考虑水热季节性影响的流域水热平衡模型,更好地认识了气候变化条件下的流域生态水文响应。首先,采用中国743个国家气象站数据,探究了过去55年的水热季节性特征。分析指出,我国水热季节性特征明显,并存在区域性差异。降雪量有显著增加趋势,降水年内变化幅度明显减弱,其余水热季节性特征未发生显著变化。其次,发展了分别考虑降雪和雨热季节性变化影响的流域水热平衡模型。在Budyko框架下,通过分析流域可供蒸发的有效水量和有效能量,引入降雪比例因子,推导了考虑降雪影响的流域水热平衡模型。模型表明,相同干旱指数条件下,降雪比例越大的流域有更高的径流系数。另一方面,以随机土壤水分模型为基础,推导了考虑季节性变化雨热条件的土壤水分动态变化过程,并且采用全球7个通量站实测数据进行了模型验证。基于推求的模型,理论分析了不同雨热季节性特征对流域水热平衡关系的影响,指出流域雨热季节性特征越明显,即雨热年内振幅差或相位差越大,降雨转化为实际蒸发的比例越低。同时,采用190个MOPEX流域51年的水文数据,验证了理论分析结论的合理性。最后,开展了考虑水热季节性影响的流域水热平衡模型的应用研究。通过对寒区典型流域黑河上游过去50年径流增加的归因分析,指出降雪比例提高对径流增加的贡献超过30%,同时预测未来气候情景下该地区径流会显著增加。进行了流域对雨热季节性变化的生态和水文响应两方面应用探索:(1)理论探究了雨热季节性特征与植被最优根深的相互关系,并通过推求多年平均的流域数据,从一定意义上验证了这种关系的有效性;(2)归因分析了我国282个流域的径流变化,指出年内降雨季节性的减弱对黄河、海河和辽河流域径流变化有显著贡献,以及传统归因方法高估了流域下垫面植被改变对径流变化的影响。