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全球气候变化不仅影响人类社会经济生活，同时也影响水文和生态系统。近年来，诸如洪水一类的极端事件在全球范围都处于上升趋势。降水径流关系的变异对气候变化十分敏感，尤其在社会经济迅速发展的高度城市化地区，未来降水变异性的增加可能使洪水风险加大。太湖流域位于我国东部长江三角洲地区，是中国社会经济高速发展的一个区域。在东亚季风的变异与变迁下，降水的年内分配和年际变化较大，且空间分布极不均匀，极端气候事件频率增加，导致太湖流域面对洪水的脆弱性增加，洪水风险度提高。受气候变化的影响，太湖流域洪涝灾害已成为制约当地经济社会可持续发展的主要因素之一。因此，分析未来时期流域洪水对气候变化的响应具有非常重要的现实意义。
本文选择太湖流域为研究区，应用大气环流模型(GCMs)，通过区域气候模式PRECIS和统计降尺度模型SDSM生成气候变化情景，驱动分布式水文模型VIC对研究区径流量进行模拟，预测未来不同气候情景下的径流时空变化特征，对流域洪水对气候变化的响应进行研究。全文共七章，可以分为五个部分。第一部分包括第一章和第二章，对气候变化对水循环影响的研究方法和最新进展进行综述并介绍了研究区的基本概况；第二部分包括第三章和第四章，在对太湖流域过去气候观测资料统计分析的基础上，采用区域气候模式PRECIS和统计降尺度模型SDSM分别构建太湖流域气候变化情景；第三部分包括第五章，结合研究区基本情况，重点论述了VIC模型的原理、参数库构建、率定和验证等；第四部分包括第六章，主要借助于气候变化情景和VIC模型评估了未来时期太湖流域径流深时空变化特征，并以典型子流域为例分析了未来时期洪水对气候变化的响应；第五部分为第七章，即研究的主要结论。通过本文的研究得到以下主要结论：
(1)采用统计方法系统分析了太湖流域过去53年来气候要素的时空变化特征。①Mann-Kendall法统计检验结果表明，过去53年来，太湖流域年平均气温升高了1.43℃；流域降水时空变异性较大，年平均降水量增加了10.44mm；年相对湿度随时间呈微弱下降趋势；而年平均日照时数呈显著减少趋势。②Hurst指数分析表明，在未来一段时间内太湖流域年平均降水量仍将持续增加，年平均气温、最高气温和最低气温仍将持续升高，年相对湿度和年日照时数将持续与过去的变化趋势一致。③Mann-Kendall法和Pettitt法对区域气候要素序列进行突变检测。结果表明，两种方法都检测到太湖流域年平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度及日照时数等要素的突变。Mann-Kendall法检测到太湖流域年降水量呈振荡性周期变化，并在1980年和2000年发生突变，但是由于方法本身的差异和局限，Pettitt方法没有检测出太湖流域年降水量的突变。
(2)基于区域气候模式PRECIS和统计降尺度模型SDSM，生成太湖流域未来2021-2050年气候变化情景，给出了未来时期气温、降水相对基准期的变化情景。比较分析了不同降尺度技术生成的气候情景，太湖流域未来时期A2排放情景下的最高气温增幅较B2的增幅大。两种不同方法对于气温的模拟情景较接近，尤其B2排放情景下的模拟结果基本一致；对于降水的模拟情景差别较大，具有很大的不确定性。结合第三章统计分析结果可知，未来时期太湖流域降水将持续过去的增加趋势，因而PRECIS的模拟结果更加合理。
(3)基于5km×5km网格分辨率，以VIC模型为基础，将太湖流域划分为1452个经纬网格，同时结合气候分区和土壤类型的空间分布特征确定了太湖流域VIC模型参数库，构建了太湖流域气候变化对径流影响的大尺度评估模型。根据西苕溪流域的汇流特点，采用DagLohmann汇流模型进行参数率定和验证。横塘村水文站率定期和验证期的多年平均年径流相对误差Er分别为0.77％和3.43％；模拟日或月流量的确定性系数和效率系数Ens都大于0.75。结果表明，VIC模型能有效地模拟流域径流过程，满足研究所需精度，可以模拟气候变化条件下流域径流深的时空变化和洪水响应。
(4)基于PRECIS和SDSM降尺度构建的气候变化情景，驱动太湖流域气候变化对径流影响的评估模型，模拟未来时期不同气候情景下的径流深，并分析了洪水对未来气候变化的响应。①不同降尺度方法构建的气候变化情景不同，由此模拟得到的太湖流域径流深结果差异明显，总体在时间上表现出相反的变化趋势。利用PRECIS构建的气候情景模拟的未来2021-2050年太湖流域网格径流深呈不同程度的增加趋势，尤其是在苕溪上游的浙西山区，A2排放情景下模拟的径流深结果相对B2情景为大。而基于SDSM构建的气候变化情景模拟的2021-2050年径流深表现为较明显的减少趋势，且在A2和B2情景下差异较小。降水是影响太湖流域径流深的主导因子，同时降水时空变异性较大，较准确的模拟未来时期降水的变化显得尤为重要。基于降水站点的数据精度问题，讨论了PRECIS方法和SDSM方法模拟区域极端事件的不确定性。②基于PRECIS和VIC模型模拟的太湖流域1961-1990年和2021-2050年的径流深结果，分析了典型子流域西苕溪洪水对气候变化的响应。结果表明，横塘村水文站月平均流量与最大洪峰流量的关系较为密切，未来时期西苕溪流域汛期流量增加趋势较显著；在气候变化条件下，西苕溪流域2021-2050年发生洪水极值事件的频率及量级都较基准期增大，而A2排放情景下比B2相对更容易发生较大洪水。西苕溪流域洪水频率分析结果反映了流域洪水对气候变化的响应程度增大，这对太湖流域的洪水响应分析具有一定的参考价值。