全球气候变化给生态环境、社会经济造成一系列影响。气候变化导致水文循环变化,影响到区域水资源分布。未来气候变化预测具有多种来源的不确定性,来源主要包括温室气体排放情景、气候模式响应和气候内部变率。前两者是由于对未来温室气体排放存在多种假设,以及采用多种气候模式模拟气候系统而导致的。而气候内部变率是气候系统内部固有的属性。具有不确定性的气候变化预测,输入到水文模型中,由于水文模型结构的差异,不确定性进一步被放大。在气候变化对径流影响评估中,温室气体排放情景、气候模式、水文模型的不确定考虑较多,而气候内部变率的影响往往被忽略。因此,本论文以中国大陆地区为研究区域,研究气候变化下考虑气候内部变率的径流响应不确定性,具体研究内容及结论如下:（1）提出了一种采用气候模式多成员集合估算气候内部变率的方法,在此基础上研究了考虑气候内部变率的气候变化预测多源不确定性,并且以气候内部变率为基准,分析了气候变化的显著性。结果表明:降水量内部变率随时间显著变化,体现出多成员集合方法估算气候内部变率的优势。21世纪50年代前,气候内部变率和气候模式响应是中国大陆气候变化预测不确定性的主要来源,尤其是对降水量变化而言;温室气体排放情景的贡献随时间增长,50年代后成为主要的不确定性来源,尤其是对气温变化而言。就空间分布而言,低温区域（如北方地区、青藏高原地区）气温变化预测的不确定性较高,而西北干旱地区降水量变化预测不确定性较高。同时,以气候内部变率为基准的气候变化显著性研究表明:21世纪20年代以后,平均气温变化幅度显著高于气候内部变率;而降水量变化幅度在北方大部分地区和南方部分地区从21世纪30-40年代开始显著高于气候内部变率;东北小部分地区和华中西南小部分地区的冬季降水量和夏季降水量变化,从21世纪30年代开始显著。西南部分地区的年最大日降水量和夏季最大日降水量变化从21世纪30-50年代开始显著。其他地区的降水内部变率掩盖降水变化直至21世纪末。（2）在中国大陆地区建立了流域尺度水文模拟,以此考虑气候内部变率在径流响应中的传递;同时通过采用多种月水量平衡模型,进一步研究了水文模拟的不确定性。并以气候内部变率导致的径流响应不确定性为参考,分析径流响应变化的显著性。对每个水文模型,中国大陆214个三级水资源分区流域的参数值,在对63个有资料流域率定水文模型参数的基础上,通过基于流域气候地理特征的参数区域化方法获得。结果表明:从本世纪初到本世纪末,随着时间的推移径流响应多源不确定性呈增加的趋势。就空间变化而言,气候内部变率导致的径流响应不确定性在西部地区（新疆内流区、西藏内流区和青海内流区）最高;其相对贡献在21世纪初期大部分地区（除北方部分地区）为45%-90%,随时间推移逐渐降低。另外三种不确定性来源在北方地区（新疆内流区、甘蒙内流区）最高。温室气体排放和水文模型结构不确定性的相对贡献都低于25%。21世纪50年代以后,气候模式响应的贡献在北方地区为85%以上,在南方地区处于45%-75%之间。高排放情景下,东北地区的年径流深和夏季径流深变化从21世纪70-80年代开始显著。在其他地区,气候内部变率导致的径流响应不确定性掩盖径流响应变化直至21世纪末。综上,气候内部变率是气候变化预测的重要不确定性来源,在本世纪中叶以前,甚至超过了气候模式、温室气体排放和水文模型结构所引起的不确定性。因此,在气候变化下流域径流的响应评估及适应性对策的制定过程中,需要充分考虑气候内部变率的贡献。