丝绸之路核心区属于生态环境对气候变化十分敏感的干旱区。近五十年，整个丝绸之路核心区显著增温，且升温速率远高于全球平均。位于其东部的中国西北地区降水持续增加，气候由暖干转为暖湿。降水和温度的变化会对该区域水资源及干旱变化具有巨大影响。然而，当前关于丝绸之路核心区近五十年温度和降水变化及其成因的认识仍然不足。因此，本文先基于拉格朗日追踪方法给出了丝绸之路核心区降水事件的水汽来源，再利用水汽收支诊断方法分析了近五十年中国西北地区变湿原因，接下来对整个区域的降水和温度变化开展了检测归因分析，在此基础之上预估了该区域未来百年的气候变化特征，主要研究结论如下:　　一、各个水汽源地对丝绸之路核心区降水的贡献　　观测分析表明，丝绸之路核心区以75°E为界，东、西部的干、湿季节刚好相反，东部的干季为冷季（当年11月至次年4月）、湿季为暖季（5-10月），西部的干季为暖季、湿季为冷季。据此，基于丝绸之路核心区东、西部的冷季和暖季分别挑选多个强降水事件，利用拉格朗日模式进行水汽追踪。结果表明，丝绸之路核心区的水汽源地为局地、欧亚大陆、大西洋、北非和印度半岛。丝绸之路核心区东部和西部各个季节降水事件的主要水汽来源均为局地蒸发，其对丝绸之路核心区东部和西部暖季降水的贡献分别为60％和57％，对冷季降水的贡献为45％和48％。欧亚大陆的水汽输送对丝绸之路核心区降水事件的贡献次之，该输送对东部和西部暖季降水的贡献分别为29％和31％，对冷季降水的贡献依次为34％和24％。此外，源自北非的水汽输送主要对丝绸之路核心区东、西部的冷季降水有贡献，分别为8％和24％，而印度半岛的水汽输送对核心区降水的贡献较小且主要集中在冷季(4％)。大西洋地区的水汽输送对核心区的降水贡献最小，不超过2％。　　二、观测中近五十年中国西北夏季降水增加的原因　　基于中国台站及格点化观测资料的分析表明，位于丝绸之路核心区东部的中国西北地区近五十年夏季降水显著增加了14.56％。因此，本文基于JRA55再分析资料，利用水汽收支诊断方法揭示了近五十年中国西北夏季降水增加原因。结果表明，夏季气候平均的降水和蒸发基本相当，水汽垂直输送项同水平平流项的作用相互抵消。就长期趋势而言，西北地区降水减蒸发也呈显著增加趋势，且主要源于水汽垂直输送项的贡献。进一步的分析结果表明，降水减蒸发的增加主要源于水汽垂直输送项的热力贡献（同水汽变化有关），其次为动力贡献（同环流变化有关）。其主要机制如下:该区域大气温度升高，有利于蒸发增强，会使该区域上空大气可降水量增加（即热力贡献）;另一方面，近五十年夏季亚洲副热带西风急流显著南移，该区域上空有水平涡度平流正异常而引起了上升运动（即动力贡献），有利于该区域降水增加。　　三、人为活动使丝绸之路核心区近五十年夏季降水显著增加　　上述基于再分析资料的诊断结果有助于理解中国西北夏季降水增加的物理过程，却难以回答这一增加趋势究竟是由自然因子还是人为因素引起。与此同时，基于全球台站和多套格点资料的分析结果表明，近五十年夏季降水增加趋势不止局限于丝绸之路核心区东部的中国西北地区，还可以扩展至核心区西部。观测中，整个丝绸之路核心区近五十年夏季降水显著增加了20.78％。本研究基于CLIVARC20C+检测归因计划中CAM5.1模式的全强迫（CAM5-All）和自然强迫（CAM5-Nat）试验，针对整个丝绸之路核心区近五十年夏季降水增加趋势开展了检测归因。结果表明，在考虑了人为强迫的CAM5-All试验中合理的再现了该增加趋势，而仅考虑了自然强迫的CAM5-Nat试验无法模拟该特征。因此，该区域夏季降水增加可归因为人为活动的贡献，且人为活动使得该区域近五十年夏季降水增加了17.72％。基于JRA55再分析资料的水汽收支诊断分析表明，水汽垂直输送项的动力贡献主导了整个丝绸之路核心区的降水增加，而热力贡献主要令核心区东部降水增加。CAM5-All可以再现JRA55的分析结果，而CAM5-Nat却不能。进一步的分析结果表明，人为活动使得欧亚大陆对流层升温不均匀，高纬地区升温快于低纬地区。这一增暖通过引导丝绸之路核心区上空的西风急流南移，进而引起南风异常和暖平流异常输送，诱发局地异常的上升运动，有利于丝绸之路核心区夏季降水增加。　　四、人为活动使丝绸之路核心区近五十年显著增暖　　鉴于温度变化对降水变化的重要作用，有必要对丝绸之路核心区近五十年温度变化进行检测归因。因CMIP5模式历史气候模拟试验截至时间为2005年，当前研究时段设定为1961-2005年。观测事实指出，丝绸之路核心区近五十年的年平均温度显著升高(1.33℃)，且该区域增温有明显的季节特征，显著增温主要集中在夏季(0.90℃)、秋季(1.22℃)和冬季(2.48℃)，而春季增温不显著。为此，本文主要针对年平均和上述三个季节的显著增温进行检测归因。检测结果表明，利用指纹法可以检测到人为温室气体强迫(GHG)对丝绸之路核心区近五十年增暖的作用。GHG使得该区域年平均温度升高了1.25℃(0.52-2.00℃)，使夏季、秋季和冬季温度分别升高了1.11℃(0.32-1.92℃)、1.11℃(0.40-1.83℃)以及2.50℃(0.91-4.34℃)。检测归因结果同时指出，CMIP5模式低估了1961-2005年丝绸之路核心区年平均温度变化趋势，该低估主要源于模式对冬季增暖趋势的低估。模式低估了丝绸之路核心区的历史温度变化，这很可能会使得该区域的未来温度变化被低估。经检测归因结果校正后的模式预估结果表明，21世纪丝绸之路核心区将以更快的速率升温，RCP45和RCP85排放情景下升温速率分别为0.32和0.74℃每十年，排放情景浓度越高升温速率越快。RCP85排放情景下，到21世纪末期丝绸之路核心区温度将升高7.00℃，较校正前高0.89℃。　　五、全球增温1.5℃和2℃背景下丝绸之路核心区的极端气候指数变化　　上述结果指出了人为活动对该区域气候变化的影响。因此，未来预估情景下，特别是1.5℃和2℃温升阈值下丝绸之路核心区的极端气候将如何变化亟待回答。为此，本文系统评估了CMIP5历史模拟试验对丝绸之路核心区极端气候指数的模拟能力，并在此基础之上展开了未来预估研究。历史试验分析结果表明，CMIP5模式对四个极端降水指数(最大连续无降水日数CDD、降水强度SDII、日最大降水量RX1day和连续五天最大降水量RX5day)及两个冷指数(日最高气温最小值TXn和日最低气温最小值TNn)的气候态空间分布有很好的模拟能力，而对两个暖指数(日最高气温最大值TXx和日最低气温最大值TNx)的模拟能力偏弱。模式模拟偏差表现为:大部分模式模拟的极端温度指数偏低，极端降水指数RX1day和RX5day偏多、SDII偏强，而模拟的CDD偏长和偏短的模式数各占一半。就空间分布而言，模式模拟的极端气候指数偏差最大区域为青藏高原区域。当分析结果不包括青藏高原时，模式对该区域的极端气候指数模拟能力显著提高，模拟偏差明显降低。为此，后续重点讨论了两种预估情景(RCP45和RCP85)下不包括青藏高原在内的丝绸之路核心区，两类极端气候指数在1.5℃和2℃温升阈值下的变化特征。分析结果指出，RCP45(RCP85)排放情景下21世纪丝绸之路核心区的极端温度指数TNn、TNx、TXn及TXx的升温速率分别为0.48℃(0.95℃)、0.28℃(0.64℃)、0.45℃(0.83℃)及0.29℃(0.64℃)每十年，极端降水指数RX1day、RX5day和SDII增加速率分别为1.05％(2.26％)、1.04％(1.94％)和0.67％(1.45％)每十年，排放情景浓度越高增加速率越快。冷指数升温速率快于暖指数，极端降水RX1day和RX5day增加速率快于极端降水强度。两种排放情景下，CDD变化均不显著。到达全球1.5℃和2.0℃温升阂值时，除CDD变化不显著外，该区域的其它极端气候指数均将显著增加。和1.5℃温升阈值相比，RCP85排放情景下到达2℃温升阈值时该区域的极端温度指数TNn、TNx、TXn和TXx分别将显著升高0.79℃(0.18-1.62℃)、℃.65℃(0.41-0.86℃)、0.35℃(-0.21-1.36℃)和0.65℃(0.32-0.89℃)，极端降水指数RX1day、RX5day和SDII将分别增加1.05％(-0.74-2.99％)、1.41％(0.09-2.08％)和1.91％(0.93-2.23％)，CDD变化不确定性大。