全球气候变暖,极端气候事件频发,不断作用于流域下垫面条件,深刻影响着流域水文过程。青海湖流域地处青藏高原东北部,是气候变化的敏感区,一直以来是内陆河流域环境演变研究的热点区域。流域在过去经历了草地退化、沙化加剧、湖泊水位持续下降等一系列生态环境问题;而近十几年来,湖泊水位持续上升、草地状态改善、沙化面积稳定。针对上述现象,查明流域水文要素的演变规律,探索水文过程对气候因子和下垫面变化的响应关系,对流域水资源管理和合理配置具有参考价值,为珍稀濒危动植物的保护提供前瞻性指导,对区域经济社会可持续发展具有重要贡献。流域内无大型水利工程等人为活动的严重干扰,下垫面变化主要为地表覆被的变化。因此本文以Budyko理论为基础,基于长时间序列的气象、水文及遥感数据,从趋势性、突变性和周期性多角度全面分析了流域气候变化（包括极端气候事件）与水文过程要素的演变规律,揭示并量化了水文要素（湖泊水位、径流、蒸散发和储水变化量）对气候变化和下垫面变化的响应关系,并设置不同情景模式对流域水文过程演变进行了预测。主要得到以下结论:（1）全面分析了青海湖流域气象、水文、下垫面要素的变化特征流域总体呈暖湿化方向发展。气候要素中,平均气温和降水分别以0.36℃/10a和14.74m/10a的速率显著上升,平均风速和日照时数分别以0.09m/s/10a和146.49h/10a的速率显著下降,潜在蒸散发呈缓慢上升趋势。下垫面要素中,各土地利用类型变动较小,65.59%的植被呈改善趋势,其中显著改善的区域占22.25%。水文要素中,青海湖水位在1960-2004年以7.84cm/a的速率显著下降,2005-2016年以13.80cm/a的速率显著上升;流域径流呈上升趋势,蒸散量和储水变化量分别以2.14mm/10a和7.51mm/10a的速率显著上升。关键水文气象要素在不同时期的空间分布存在异质性,西部和北部高纬度高海拔区气象水文要素的增加速率快于东部和南部。（2）阐明了气候变化和下垫面变化与水文过程的关系流域降水、净辐射、气温、风速、相对湿度对径流的弹性系数分别为1.98、-0.64、-0.02、-0.16、0.55,径流与降水均存在23a的变化主周期,表明径流对降水的响应比其他气候变量更为敏感,两者变化周期具有高度一致性。流域下垫面特征参数（ω）与湖泊水位差（Δh）、径流、流域储水变化量的相关系数分别为-0.38、-0.64、0.51,并通过0.01的显著性水平检验。从2000s开始,降水增加是流域径流增加的主导因素,植被改善是降水增加和生态环境建设共同作用的结果,与径流增加具有同步性。（3）定量了气候变化和下垫面变化对径流、地下径流和湖泊水位的贡献随着气温和降水的增加,径流对降水、潜在蒸散发和下垫面变化的敏感性增加。1960-2016年,流域降水每增加1mm将增加径流0.38mm,潜在蒸散量每增加1mm将减少径流0.07mm,流域下垫面特征参数每增加1将减少径流98.32mm。与基准期（1960-2004年）相比,气候变化导致突变期（2005-2016年）径流增加25.42mm,贡献率为79.79%;流域下垫面变化导致径流增加6.44mm,贡献率为20.21%。采用主成分回归分析方法定量气候变化和下垫面变化对地下径流的贡献率分别为88.43%和-11.57%。最后得出气候变化和下垫面变化对青海湖水位的贡献率分别是93.02%和6.98%。结果表明:青海湖流域水文过程演变的主导因素是气候变化,下垫面的改变也起到一定作用。（4）明晰了极端气候变化规律及其与水文过程的关系1960-2016年,流域极端暖指标和极端降水指标呈显著上升趋势,与水文过程要素（湖泊水位差、径流、蒸散量和储水变化量）呈正相关;极端冷指标呈显著下降趋势,与水文过程要素呈负相关关系。极端水文事件（极端洪水总量和极端枯水总量）呈上升趋势,且与极端降水事件的相关性高于极端气温事件。极端降水事件尤其是极端降水量对径流和极端洪水事件的影响最大。流域储水变化量与降水关系更为密切,蒸散量与气温关系更为密切。（5）预测了流域未来水文过程的演变本文证实了青海湖流域潜在蒸散量（PM公式）可用经验公式对Har公式计算的潜在蒸散量进行修正。流域达到储水变化量为零的状态所需的时间至少为5a,利用5a步长预测流域气候、下垫面和水文未来发展趋势,设置气候变化和下垫面变化4种情景,预测结果表明:未来径流、蒸散量和储水变化量增加,湖泊水位将继续上升。