本文结合中国科学院知识创新工程方向性及领域前沿项目“华北水资源与水安全”项目，通过参加具体研究工作及多次参加项目研讨会，并广泛阅读相关文献，针对华北地区缺水问题，对华北地区降水的时空演变及其空间变异性的水文响应进行了研究，主要内容包括以下两部分： 第一部分 华北地区的降水时空分析(第2、3章) 时间序列分析方面，本部分利用小波分析，频谱分析，hurst系数等手段分析了中国华北地区的时间演变，分析了序列的其隐含周期、突变情况，并对未来的趋势进行了预测。 空间分析方面，本部分借助聚类分析手段将华北地区分为六个子区域，分别分析了各个子区域降水在空间上的演变特征。 第二部分 降水空间变异在典型流域的水文响应(第4、5章) 研究降水的时空变异特性及在分布式水文模型中的响应问题，降水等输入信息的空间插值是首先必须解决的问题。本部分分析了不同插值方法的空间效率对比，选用了站网密度比较理想的潮白河流域和资料状况比较差的黑河流域鹰落峡以上作为两个山区典型流域分析了各种网格插值方法的优缺点、空间分布等特征。 降雨空间变异的水文响应，本文采用了时变增益的分布式水文模型(DTVGM)，重点研究了华北地区的典型流域—潮白河流域(白河)不同空间特征的降水对分布式水文模拟的响应，通过改变降水的插值方法以及模拟流域可能的降水空间分布情景进行分析流量过程线(水文响应)。 最后本文总结了主要的研究成果以及需要进一步深入研究的问题。