空中水汽输送是全球水循环中最为活跃的一个环节,水汽输送的特性影响着降水的形成和分布,进而对全球各地区水资源条件和生态环境产生深远的影响。但是,目前我们仍缺少相关的模型工具从水文水循环视角来描述空中水汽输送的格局和结构。针对这一问题,本文提出了一种利用数学中的图结构对复杂的水汽输送格局进行描述的概念性模型,即水汽输送网络。水汽输送网络的研究以追踪每个水汽单元的拉格朗日运动轨迹（迹线）为基础。为了建立蒸发和降水之间通过水汽输送形成的对应关系,我们提出了单位迹线及其水量的概念,计算了每条迹线对降水的实际贡献以及水汽的来源位置,使得迹线上原本模糊的水量输入输出关系清晰化,解决了水汽输送中水量的含义及如何计算的问题。本文使用ERA-Interim再分析数据集计算了三江源地区主要降水事件以及全球强降水事件的水汽输送单位迹线。迹线是对单一水汽输送事件的路径的具体表达,但空中水汽输送的宏观过程是由相互关联的大量水汽输送路径共同体现的群体性规律,为此,本文提出了一种半结构化散点聚合法,将大量混乱的水汽输送迹线转化为统一的网络结构。该方法在转换过程中保持了水量的概念,使得网络中的元素能够直接表征水汽的蒸发、降水、输送这些实际物理量,从而建立起水汽输送网络。基于这套方法,本文提取了面向三江源地区的水汽输送网络,分析结果表明,网络的结构特征与该地区地貌特征高度吻合,并且本地水汽对降水的贡献率约为9.15%,与已有研究的相关结论基本一致。针对全球强降水事件建立的全球水汽输送网络进一步展示了这种网络模型能为水汽输送宏观格局及其时空变异性的研究提供定量分析能力。另外,文本还研究了空中水循环系统中形成的大尺度相对独立区域,定义为空中流域。发现在水汽输送网络的理论框架下,如何划分空中流域的问题可以用图论中的图分割方法解决。全球尺度的空中流域划分结果反映了各地区水汽输送机制的不同,符合大气环流规律。本文提出的水汽输送网络模型物理含义明确,水量关系清晰,方法的可拓展性强,可利用图论的数学工具来实现丰富的应用延伸,有望为空中水汽输送规律的研究提供一种新的工具。