气候变化对全球陆地生态系统相关过程产生了重要影响，已经成为陆地生态系统中碳循环和水循环研究的重要内容。在气候变化的大环境下，中国面临着严峻挑战。本研究旨在利用集成生物圈模型IBIS(Integrated Biosphere Simulator)来研究和探讨在气候变化及不同温室气体排放情景下，中国陆地生态系统过去、现在和将来的水分平衡与碳收支格局的动态变化及发展趋势。基于这一研究目的，论文建立了中国区域空间分辨率为0.085度的历史时段(1951-2006)的气象数据集，不同气候变化情景下(包括HadCM3模式下的HC3AA和HC3GG及CGCM3模式下的SresA2租SresB1四种情景)的气象数据集，植被、土壤和地形等下垫面数据集等作为模型的输入，同时收集了大量地面数据建立了模型验证数据集，在对模型进行初步改进及充分验证的基础上，分析了中国陆地生态系统过去、现在和将来的水分平衡与碳收支格局的动态变化及发展趋势，主要有以下研究结论：　　 1)水分平衡方面，IBIS模型径流模拟值结果基于水文站点的验证表明，除了位于青藏高原的长江流域及西南诸河流域上游区模拟值偏低外，在全国大部分区域取得了好的效果；土壤湿度与土壤温度两者的模拟效果在空间格局上而言，中国东部和南部地区的模拟效果要优于西北地区及青藏高原地区的模拟效果，从时间格局上而言，夏季月份的模拟效果要优于冬季月份的模拟效果，从时间序列上来看，模拟值较好地反映了年际和月际的变化过程。碳收支方面，通过与其他研究者整理的样点数据、通量站点数据和其它模型模拟的数据对比，除去植被类型匹配和空间尺度匹配等因素的影响外，IBIS模型对中国陆地生态系统生产力水平的模拟结果处在合理的范围中，空间格局及值域范围上基本接近，模拟精度较好。　　 2)基于1960～2006年时段上IBIS模型模拟的中国水分平衡与碳收支格局分析表明：降水的趋势分布呈现出自东南向西北的带状分布，依次表现出显著或非显著的增加、减少、增加、减少及增加的趋势；径流在黑龙江流域、辽河流域、海河流域、黄河流域、西南诸河流域和内陆湖河流域区呈下降趋势，浙闽台河流域是所有流域中唯一表现出径流显著增加的流域，淮河流域、长江流域和珠江流域的径流没有表现出显著的上升或下降的趋势；蒸散发在辽河流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域、浙闽台河流域和珠江流域表现出下降的趋势，其中只有长江流域表现出显著性，黑龙江流域、西南诸河流域区和内陆湖河流域区的蒸散发表现出增加的趋势；年平均土壤温度全国范围主要表现为显著上升的趋势，显著下降的区域主要在四川盆地、藏东南和贵州中部的小部分地区；土壤湿度在中国东南及西北角地区表现出上升的趋势，而这两者之间的地区则表现为下降趋势；土壤有效含水量全国变化趋势与土壤湿度高度相似；全国陆地生态系统NPP总量在1960～2006年间总体呈上升趋势，NPP总量变化范围在1.6GtC/yr至2.0GtC/yr的区间上，全国1980～2006年NPP总量的多年平均值约为1.85GtC/yr；NEP在1980～2006年的多年平均值表明，西北地区、内蒙古北部地区、东北平原、华北平原和四川盆地等表现出弱的碳源，青藏高原、内蒙古东北部及南部、西南大部分地区表现为弱的碳汇区，大兴安岭、小兴安岭和长白山地区表现为碳汇，东南地区及西南部分地区表现为较强的碳汇，对于各主要植被类型而言草地、疏灌丛和沙漠荒漠表现为碳源效应，热带常绿林、温带常绿阔叶林、北方落叶林和苔原表现为较强的碳汇效应；对NPP与降水和气温的关系的分析表明NPP在不同的气候区划下与降水和气温的相关关系有不同的表现。　　 3)基于HadCM3模式下的HC3AA和HC3GG及CGCM3模式下的SresA2和SresB1四种情景对中国未来的水分平衡和碳收支格局的演变及发展趋势分析表明：在21世纪的100年中，HC3AA与HC3GG的情景下，气温、降水、蒸散发基本上保持持续增加的态势，温度水平一致，热量条件相差不大，就径流而言，情景HC3GG条件下21世纪末中国的水分状况要好于HC3AA情景；SresA2和SresB1情景下，降水整体保持持续增加的趋势，蒸散发水平较高，并持续呈上升趋势，径流年际间的变化较大，就21世纪末而言，SresA2情景相对于SresB1情景降水量高，但由于气温升高的幅度相对要大，所以蒸散发水平也高，结果使得径流水平两种情景下差异并不大；不同气候情景下，CO2倍增时，全国陆地生态系统NPP水平持续增加，CO2浓度保持2000年的水平时，NPP基本保持稳定状态，CGCM3情景模式下NPP总量水平要略高；CO2保持2000年浓度水平不变时，HC3AA和HC3GG两种情景下，全国陆地生态系统由碳汇效应转变为碳源效应，世纪末最终表现了碳源效应；SresA2和SresB1两种情景在2050年左右出现分异，SresA2情景在世纪末表现为碳源效应，SresB1情景始终表现出弱碳汇效应；CO2浓度倍增的情形下，全国陆地生态系统表现为碳汇，2050年左右之后，SresA2情景下碳汇效应有所下降，SresB1情景下碳汇效应基本保持稳定的水平。　　 4)利用改进的IBIS模型就氮沉降氮素输入控制对陆地生态系统生产力水平、碳汇水平及蒸散发和径流水平的影响的分析表明：在1900～2099年时段上，2010年之前氮素的输入提高了NPP的水平，在2010之后，持续的氮素输入使得NPP水平与无氮沉降条件下的生产力水平相比要低；氮沉降所带来的对生态系统氮素的输入，提高了陆地生态系统的碳汇水平，到世纪末，大气氮沉降对中国陆地生态系统碳汇的促进效应约为0.65GtC/yr；而蒸散则比不考虑氮沉降因素的结果相对有所降低，径流则相对有所增高。