全球气候变化背景下的水循环演变规律和未来变化预估是当今国际气候研究的前沿和热点。本论文以揭示陆气水分循环过程及其对未来气候变化的响应作为研究目标，取淮河流域作为研究对象，利用常规观测气象和水文数据、再分析资料、模式产品和卫星数据等多源资料，从大气陆地水循环的各个分支出发，重点探讨了淮河流域大气水循环、陆地水循环的变化特征，并联合降水再循环率的变化特征给出了淮河流域陆地大气水分循环过程的整体图像。同时，基于全球海气耦合模式(CGCMS)对未来气候变化的预估结果，利用大尺度分布式陆面水文模型系统(LSX-HMS)，对未来气候变化情景下淮河流域水循环的响应进行了预估。主要结论如下：　　 (1)淮河流域大气可降水量和降水的变化具有较好一致性。流域南边界和西边界有水汽净输入，而东边界和北边界有水汽净输出。纬向方向水汽输入输出集中在对流层中层，而经向方向水汽输入输出集中在对流层低层。淮河流域的水汽收支主要由平均气流所决定，平均流和瞬变波对水汽收支的作用几乎相反。淮河流域夏季降水的水汽主要来源是孟加拉湾、南海、西风带和热带西太平洋。降水异常主要由南边界的水汽输送异常所造成，在偏涝年主要是由孟加拉湾的水汽输送异常偏多所致，在偏旱年孟加拉湾和南海的水汽输送都大为减少，南海的贡献则相对较大。青藏高原东南侧关键区是影响淮河流域夏季降水异常的“运转站”，且东边界输送作用比北边界更为重要。　　 (2)淮河流域的陆地水储量的变化与降水密切相关。其季节变化呈双峰结构，最大值通常出现在7～8月，这主要跟夏季降水的补给有关；最小值通常出现在5月，这主要是蒸发大于降水所致；陆地水储量的最大峰值落后降水、径流、水汽通量辐合变化小于1个月，是一个阻尼延迟响应的过程；陆地水储量的平均年内最大振幅范围约为60～80mm。无论是在季节还是年际时间尺度，利用观测降水、产流数据和陆面模式模拟的蒸发计算得到的陆地水储量的变化(PER方法)较其它诊断和模拟方法更接近观测。　　 (3)降水再循环率是陆气相互作用强度的表征。在月时间尺度，它的变化体现了季风系统的季节变化与局地陆气相互作用对降水的影响，春季是陆气相互作用最强烈的季节。在日时间尺度上，夏季降水中，随着雨强的增加，降水再循环率有先减再增的趋势；无论雨强大小，水汽的湿平流项总是使水汽辐散，而风场的散度项随着降水强度的增加，其对降水的作用从有利于水汽的辐散转为有利于水汽的辐合。淮河流域陆气水循环图像显示，流域外的水汽输入在四个季节中均是淮河流域降水的主要来源；在典型的旱涝年夏季，蒸发对局地降水的贡献在旱年比涝年大。　　 (4)对IPCC AR4气候模式在淮河流域区域气候模式的模拟能力进行了评估，多数模式对淮河流域的气温和降水有一定的模拟能力，但模式间对温度时空演变特征模拟的一致性高于降水。相对而言，MIROC3.2(hires)、HADGEM1、CCSM3和CSIRO-mk3.0等模式对淮河流域降水和温度的模拟能力较优。多模式集合的预估结果表明，未来淮河流域整体呈现气候的“暖湿”趋势，对降水预估的不确定性大于对温度的预估。具体地，在B1、A1B、A2三个不同排放情景下，在2030s、2060s和2090s三个不同年代，全流域一致增温，且流域西北部的增温幅度大于东南部；降水一致增加，其中对于在B1情景下的2030S、A2情景下的2060s和2090s以及A1B情景下的2060s，降水增幅中心位于淮河流域的上游。　　 (5)在验证了大尺度分布式陆面-水文模型(LSX-HMS)在淮河流域的模拟能力的基础上，运用A1B气候变化情景下的预估数据驱动LSX-HMS，开展气候变化下淮河流域水循环的响应预估研究。在2046～2065年和2081～2100年，这两个不同的时间段，径流的变化趋势与降水基本一致。随着降水量的增多和温度的升高，未来水资源是增多的。四季中，以5～8月的径流增加的最多，初春径流减少，冬季径流增加。