受气候变化和人类活动的共同影响，黄河流域的水循环正在发生显著变化，其水资源的供需矛盾尤为突出。目前，如何定量评估气候变化和人类活动对流域水循环的影响是当前流域水资源可持续利用的基础科学问题，且气候暖干化和人类用水的急剧增加以及下垫面变化等与流域水循环的关联性及相互影响机理还不甚清楚。鉴于此，本文利用观测和模拟数据，首先分析了黄河流域水文和气象因子的时空变化特征及它们之间的关联性，并对黄河流域的陆地水分收支平衡状况进行检验;其次，应用弹性系数区分了气候和流域下垫面变化对径流的影响;最后，基于区域模式对黄河流域土地利用变化的水文气候效应进行模拟研究。论文主要取得了以下进展:　　(1)1961-2010年黄河流域水文及气候发生了显著变化，总体上水资源量呈减少趋势:降水量普遍减少，流域平均降水量的线性减少速率为1.11mm/year，且越接近流域下游这种减少趋势越为显著，同时降水的年内分配趋于均匀化。实际蒸散发全流域普遍增大，但仅上游部分子流域趋势明显。伴随着流域降水的减少，全流域产流能力显著下降，天然径流量明显减少（6.40 mm/year），整个流域的陆地水储量也明显减小(0.47 mm/year)。　　(2)农田灌溉和跨流域调水对黄河流域的水分收支具有重要影响:本文利用农田灌溉耗水量对黄河流域的蒸散发进行重建，且重建结果的数据质量较好，相对误差小于1.5％，这有效改善了黄河流域陆地水分收支的闭合程度，使不闭合误差从3.28 cm/year降低为1.70 cm/year。流域水分收支平衡状况的改善，可以为流域水循环的深入研究提供良好数据基础。　　(3)黄河不同子流域径流变化的控制因子不同:关于2001-2010年相比1961-2000年径流的减少，本文应用弹性系数区分气候和下垫面变化对径流的影响时发现，在上游的唐乃亥和兰州子流域，降水强度和潜在蒸散发对径流变化的贡献最大，虽然降水强度增大使径流增加（在径流变化量中占据49.7-53.3％），但该增加量小于潜在蒸散发引起的径流减小（82.7-140.8％）。对于中游的龙门、三门峡及花园口子流域，径流减少的主要影响因子为降水量(12.5-17.6％)、潜在蒸散发(16.4-19.2％)及叶面积指数(14.0-22.9％)。本文与已有研究的区别在于考虑了降水强度和表征下垫面特性的多个参数，降水强度在径流归因分析中往往被忽略，而黄河流域的降水强度与天然径流量高度相关。　　(4)黄河流域土地利用变化对水文和气候的影响较大:利用退耕还林前后两种植被条件通过区域气候模式的模拟表明，在植被改善的情况下，2006-2010年流域平均降水量增多223.17mm，蒸发增加223.88mm，而产流减少2.22 mm，即退耕还林使黄河流域降水增加，但增加的降水被更多地消耗于蒸发。同时，在降水偏丰和偏枯不同年份，同一植被变化对水文气候影响的空间分布明显不同。随着时间增长，退耕还林对水文及气候的影响逐渐增强。