气候变化引起地表、地下径流以及地下水位的变化；反过来这些水文过程的变化又会影响到陆面和大气之间的水分和能量平衡，从而对气候产生影响，气候变化与地表水、地下水有着重要的相互作用。目前用于气候模式的陆面参数化方案大都忽略了地下水位的动态变化，可能导致土壤水运动的动力学机制不合理，不利于开展气候与地下水相互作用的模拟和预测研究.本博士论文研究的主要目标是发展考虑地下水位动态变化的全球大气环流模式以考虑气候与地表水、地下水的相互作用并探讨气候变化对于地下水、地表水的影响以及地下水位的变化对于气候的反馈。围绕上述科学目标，本博士论文在陆面水文模型的研制及其与全球气候模型的耦合方面取得了如下的成果：　　 ·基于Boussinesq-Storage方程建立了同时考虑潜水面水分储存与入渗的地下径流机制，该径流机制既能够考虑非饱和区域内部的土壤水分的运动，又能考虑到潜水面内水分储存量的变化，具有更为明显的物理意义，能合理模拟考虑地下水位动态变化情形下地下径流的变化；　　 ·将新发展的同时考虑潜水面水分储存与入渗的地下径流机制连同同时考虑超渗产流和蓄满产流机制的地表径流模型、包含地下水位动态表示的土壤水模型(该模型通过一个数学变换将饱和与非饱和流运动问题转化为固定边界问题，利用有限元集中质量法发展而来，极大地节约了计算量，能够应用于全球气候模式的模拟)与通用陆面模式CLM相耦合。利用观测的降水、空气温度以及NCEP再分析的相对湿度、风速、地表气压驱动该陆面模式进行“离线”模拟试验，结果表明：与观测数据相比，该模式能够较为合理模拟地下水位的变化情况，同时模拟的土壤湿度和土壤温度相对于原来模式的模拟结果也更为合理；　　 ·进而与气候模式CAM耦合，在气候模式中实现了地下水位的动态表示，全球的模拟试验表明：包含地下水位的气候模式能够比较合理的模拟地下水位的变化情况；在全球范围内，新的模式能够在一定程度上改善原模型在土壤湿度模拟上的偏差，从而使得在很大范围内模拟的感热通量变小，潜热通量变大；随着陆气之间热通量模拟效果的改善，陆面模式对于近地表空气温度的模拟也有所改善。