作为地表系统的一部分,陆表各类生态系统是一个有机的组合体,而陆面过程(包括生态水文等过程)与人类生活又密切相关。作为地球系统的一部分,陆面、大气及海洋等多种地表系统关系密切且相互作用。近年来,利用陆面及水文模式定量描述陆面过程变化的研究为陆面分量的时空细致化研究起到了积极的推动作用。然而,令人遗憾的是,由于各类大气驱动数据的不确定性及模式本身的不确定性致使模型最终输出存在较大的误差与不确定因素。本研究的主要目标确定为:一方面,利用数据同化、融合等手段最大可能地减少大气驱动场不确定性,建立面向新疆区域的一公里精细化陆面模式强迫场(XJLDAS);另一方面利用计算机编程及质量控制手段,引入中国气象局数据同化系统(CLDAS),将其改进为可直接驱动各类水文模型的高分辨率驱动数据集(CMADS)。以上为最大程度减少陆面、水文模型大气输入的不确定性打下坚实基础。在进行地表参数集精细化后,本研究利用以上两个大气驱动场分别驱动陆面模式CLM3.5和水文模式SWAT,对新疆区域地表过程各相关分量进行精度验证。最终建立精、博河流域乃至新疆整个地区的陆面地表分量数据集。并利用该数据集对新疆及生态脆弱的精、博河流域地表分量进行时空响应分析。本论文基于以上研究目标为方向,具体预期目标及可能的创新如下:(1)基于STMAS(The Space and Time Mesoscale Analysis System)对多源大气相关数据进行同化、融合,建立新疆区域一公里大气驱动场,并对该驱动场进行本地化评估。本论文收集了研究区范围内地面、卫星,再分析等多种来源的数据,利用同化及融合手段,结合LAPS/STMAS系统建立新疆区域一公里高精度大气强迫场(XJLDAS V1.0)。此外,通过利用国家自动气象站观测资料对同化结果(XJLDAS)进行偏差、均方根误差等多种指标的验证评估。对同化后的模式大气驱动场进行评估后发现,该陆面模式驱动集(XJLDAS)可很好的反映新疆地表各类相关气象要素的真实情况,该驱动场的建立将为本研究后期陆面模式模拟提供更好的大气输入资料。(2)基于嵌套循环、双线性插值及各类计算机编码手段改进C LDAS驱动场,建立SWAT模型及其它水文模型可直接调用的高分辨率气象同化数据集(CMADS),以最大可能的弥补现今传统气象站缺乏、数据不完整的现状。为我国高分辨率大气数据集驱动复杂分布式水文模式的研究打下坚实基础。本论文基于中国气象局(China Meteorological Administration)建立的CLDAS同化系统,通过嵌套循环及各类优化插值算法将CLDAS同化系统中各类要素(平均温度、平均压强、比湿、平均风速、降水及太阳辐射)分别按照格点提取、要素类型转换,格式转换等多个步骤最终建立SWAT模型及多种水文模型可直接使用的大气驱动集。预计该数据集将大幅度提高我国水文模式的模拟精度,尤其在站点缺乏的中国西部地区。(3)利用前期建立的陆面模式大气驱动数据集(XJLDAS V1.0)和SWAT模型中国大气同化驱动集(CMADS V1.0)分别驱动国际使用广泛的CLM3.5陆面模式及SWAT水文模型,建立基于多驱动对多模式的精、博河陆面过程分量模拟系统,并进行模拟验证工作。利用本研究建立的XJLDAS(Xinjiang Land Data Assimilation Datasets)数据集驱动国际通用的CLM3.5模式,对研究区各类地表相关分量进行验证评估工作。此外,利用CMADS数据集驱动SWAT模式对新疆区域及典型研究区(精博河流域)进行水文及地表相关分量的验证工作。评估结果表明:XJLDAS+CLM3.5模式及CMADS+SWAT模式可很好地重现研究区各类地表分量的时空分布特征。(4)基于XJLDAS+C LM3.5及CMADS+SWAT多模式模拟系统建立新疆地区精、博河流域陆面过程分量数据集(2009-2013年),并基于该数据集进行分量响应研究。基于多模式模拟结果,创建新疆区域及精、博河流域陆面相关过程分量数据集。在对多模式(XJLDAS+CLM3.5及CMADS+SWAT)建立的土壤温度、土壤湿度、蒸发、径流及融雪等相关数据集评估准确的基础上进行相关分量(径流)的多模式集合研究,并重点分析新疆区域及精博河流域内土壤温度、土壤湿度,融雪及蒸发等变量之间的时空响应关系,为研究区多模式陆面分量细致化分析夯实基础。(5)基于传统观测台站及CMADS数据集的精博河流域主要源区气象、水文变化机理分析。陆面水文模式等精细化模拟研究固然重要,然而在气候变化与人为活动背景下,有必要基于观测数据对研究区进行气象、水文变化机理分析,以系统理清典型研究区(精博河流域)内降水、气温及径流等要素的时空变化特征,同时为模式参数率定结果实现了对应的解释。