青藏高原被称为地球的“第三极”,影响全球环流状况,丰富的冰川冻土资源孕育了众多湖泊和河流,使其成为亚洲国家的水源地之一。全球变化背景下,分析青藏高原过去的气候变化并预估未来趋势,进一步探讨其对湖泊冻融过程的可能影响,对适应全球气候和保障亚国家水安全都具有重要意义。为此,利用长时段、高空间分辨率(1901-2017年0.5′网格)的月降水和温度数据,分析了青藏高原降水和温度过去一百多年的时空变化特征。还对3个地球系统模式(ESMs)的降水和温度数据进行统计降尺度,预估了到21世纪末青藏高原未来气候的变化特征。在此基础上,本研究通过改进湖泊模型,以纳木错湖为例,探究了湖泊冻融过程对目前青藏高原气候变化的响应。此外,基于多小波相干探讨了多个大尺度环流因子对青藏高原气候的联合作用。取得的主要进展如下:(1)分析了1901-2017年青藏高原气候变化及与大气环流因子的关系。由于地形的影响,降水和气温的长期平均值在不同地区之间存在差异。1901-2017年的气候总体上呈偏湿偏暖趋势,但其显著的年际变化将整个研究周期分为三个时段:1901-1940年偏干偏暖、1941-1966年偏湿偏冷和1966-2017年偏湿偏暖。单个大气环流指数中ENSO对青藏高原气候的影响最大,它主要在8-16个月的尺度上对气候起作用。同时考虑多个大气环流指数的联合作用时,AO-ENSO组合可能对新增加的64-128个月的尺度气候产生重要影响。气候的年际变化可归结为单个或联合大气环流指数的年际变化。这些结果为青藏高原和全球气候变化的研究提供了基础信息,多元小波分析在解释大气环流对气候变化的影响方面具有广阔的应用前景。(2)对CMIP5气候模式降尺度预估青藏高原的未来气候变化。时间上,气温和降水都显著增加;但空间上存在差异,气温增幅西部和东南部大而中部小,降水变幅范围随模拟排放浓度的增加而加大。预测的气候变化与排放情景有关,气温和降水增幅RCP2.6<RCP4.5<RCP8.5。随排放浓度增加,冷、暖季气温和降水增幅的差异加大。降尺度数据可支撑气候、水文和作物等模式进行情景研究,可为未来气候变化以及水循环研究提供重要的基础信息。(3)以纳木错为例探究了青藏高原湖泊冻融过程对气候变化的响应。基于已有湖泊模型,使用焓做为预报变量,改进和移植了空气密度和湖冰升华参数化方案,并考虑了湖泊盐度对冰点的影响。改进的模型更适用于青藏高原湖冰模拟,可更好地再现观测到的湖面温度,湖冰厚度以及湖冰冻结和融化日期。但是,由于受再分析数据和冬季西风的影响,东部地区湖冰的模拟精度要优于西部地区。此外,强烈的太阳辐射使得升华过程对湖冰厚度模拟准确性的影响很大。稀薄空气密度可扩大湖泊的储热能力,减小潜热,从而导致湖泊冰冻期推迟,融化日期略有提前。这些结果增进了对青藏高原湖泊冻融过程的理解,解决了其他泊模型在寒冷季节的模拟偏差,其模拟结果也可以补充和验证遥感观测。