1960-2010年，中国西北干旱区气温和降水均呈显著增加趋势(P＜0.01)，其线性速率分别为0.343℃/10a和6.07mm/10a。在空间上，气温增加幅度由大到小依次为:北疆＞河西走廊＞南疆;降水增加幅度由大到小依次为:北疆＞南疆＞河西走廊。从不同季节来看，冬季气温上升速率最高，为0.486℃/10a，而夏季气温增加速率最低，为0.232℃/10a。降水方面，是以夏季增加速率最大，为2.51mm/10a，冬季降水增加速率最小，为1.16mm/10a。从不同年代来看，20世纪70年代与60年代相比，气温和降水均略有增加，80年代增加幅度大于70年代，90年代表现为快速增加，2000-2010年与20世纪90年代相比，平均气温和降水增多，但增加幅度低于90年代。　　 近50年来，山区、绿洲区和荒漠区气温增加趋势均显著(P＜0.01)，线性速率分别为0.325℃/10a、0.339℃/10a和0.360℃/10a;而降水增加速率分别为10.15mm/10a、6.29mm/10a和0.87mm/10a，其中荒漠区降水增加速率不显著。1960-1989年间，荒漠区升温速度最快，达0.214℃/10a，山区气温线性速率较低，为0.103℃/10a;而在1990-2010年，绿洲区温度增加速率最快，达0.606℃/10a，荒漠区升温速率最慢，为0.402℃/10a。1960-1986年，各区降水量变化不大，处于平稳阶段;而在1987-2010年，山区和绿洲区降水增量明显较大，但增加形式不同，山区降水呈现持续增加的趋势，而绿洲降水在1987年出现“突变型”升高后，基本保持在这一水平，持续增加趋势不明显。　　 西北干旱区气温上升速率较快，并且明显高于全国和全球平均水平，主要表现在80年代中期至90年代的大幅增温。研究发现，在1981-2010年间，春季、夏季、秋季和冬季气温变化对年均温变化的贡献率分别为:19.3％，13.7％，23.6％和43.4％。尤其在1984-1995年，冬季气温上升对年均温升高的贡献率更是高达57.01％。这充分表明冬季气温上升速率高是西北干旱区气温上升速率较快的主要原因。同时发现，西北干旱区冬季气温与西伯利亚高压指数的相关性较高(R=-0.715，P＜0.001)，明显高于与二氧化碳排放量的相关性(R=0.51，P＜0.001)。因此可以说，西伯利亚高压在20世纪80年代中期至90年代出现明显减弱趋势以及二氧化碳排放是导致西北干旱区气温上升速率快的重要原因。　　 分析西北干旱区五大典型河流区（阿尔泰山南坡、昆仑山北坡、祁连山北坡、天山南坡和天山北坡）的气象要素与径流量的变化趋势发现，各河流区气温增加趋势均达到极显著性水平(P＜0.01);降水方面，昆仑山北坡、祁连山北坡和天山南坡降水量增加趋势不显著;径流方面，除阿尔泰山南坡和昆仑山北坡外，其他各河流区径流量增加趋势均达显著性水平(P＜0.05)。分析表明，阿尔泰山南坡径流量的变化主要受降水量的影响;气温对昆仑山北坡径流量的变化起主导作用;而祁连山北坡、天山北坡和天山南坡径流量的变化主要受气温和降水量的共同影响。这主要与冰川融水和降水对不同区域河流径流的补给比重不同有关。　　 近50年来，山区融雪期平均提前了15.33天，延迟了9.19天;其中，天山南部山区融雪期提前时间最长，为20.01天，而延迟时间最短，仅6.81天;祁连山北部山区融雪期提前时间最短（10.16天），而延迟时间最长(10.48天)。这显示山区融雪期提前时间越长，延迟时间则越短。山区融雪期平均降水量增加了47.3mm，平均温度升高了0.857℃;其中天山南部山区降水增量最大，达65mm，昆仑山北部山区降水和温度增量均最小，分别为25mm和0.617℃，而祁连山北部山区温度增量最高(1.05℃)。河流径流量对融雪期气候变化敏感，降水变化诱发年径流量变化了7.69％，温度变化使得年径流量改变了14.15％。　　 由于不同河流冰雪融水和降水对径流的补给比重不同，不同区域河流径流量对温度和降水的敏感性具有明显差异性。其中，昆仑山北部河流径流量对温度变化的敏感性较强，但对降水的敏感性较低，而祁连山北部河流径流量对降水的变化较为敏感。若西北干旱区气候继续向暖湿化方向发展，那么阿克苏河、开都河和叶尔羌河径流增量会较多，若气候向暖干化方向演化，那么开都河和黑河径流减少量会较大。