西北旱区年均降雨量少且分布不均，水资源成为农业生产的限制因子。全球气候变化背景下，农业用水等必然发生重要变化。因此，评估西北旱区气候变化及其对作物需水量的影响，对统筹区域农业用水规划和合理分配有效水资源具有重要意义。本文基于西北旱区152个气象站点1961~2011年的降水、平均温度、相对湿度、日照时数、风速等气象因子资料，运用反距离权重插值（IDW）、Mann-Kendall等方法对参考作物蒸散量（ET0）的时空分异进行了初步分析，结合旱区四种主要作物，棉花、春玉米、春小麦及冬小麦生育期资料，对作物生育期内需水量及灌溉需水量的时空分布进行了探究并对其差异原因进行相关分析，探讨该区域作物需水量对气候变化的响应。本文研究结论主要有以下几方面：（1）明确了西北旱区1961~2011年气候的时空分异及变化趋势。空间分布上，沿东南-西北方向，降水和相对湿度递减而温度和日照时数增加；风速由西北和东南向旱区中心增加。时间变化趋势上，降水、温度呈上升趋势，日照时数、相对湿度、风速呈下降趋势，但趋势的显著站点数有差异。约95%的站点降水、平均温度、最低温度上升趋势显著，约14%的站点相对湿度和日照时数增加趋势显著，而只有2%的站点风速增加趋势显著。各气象要素基本都在上世纪八十年代突变。气候的时空变异表明，西北旱区的气候正在发生变化。（2）探究了西北旱区作物需水量的空间分布和时间变化趋势。近50年来参考作物蒸散量呈不显著的上升趋势，年均值为1100.4mm，西北部东南-西北条带上ET0值最高，而低值则出现在黄土高原南部地区；西北旱区ET0发生突变的年份东部较西部晚，ET0由下降趋势转变为上升趋势。主要作物棉花、春玉米、春小麦及冬小麦的作物需水量与灌溉需水量变化趋势不甚一致，但有其规律性。棉花、春玉米、春小麦及冬小麦多年作物需水量均值分别为503.1、595.3、549.9和526.4mm；除冬小麦的作物需水量呈下降趋势外，其余三种作物需水量均呈增加趋势。黄土高原及其以东地区棉花、春玉米、春小麦的需水量与灌溉需水量主要以上升趋势为主，黄土高原及其以西地区则以下降趋势为主。有效降雨的主要下降趋势则主要出现在黄土高原以东地区。（3）利用敏感性及贡献率等计算方法对旱区ET0的时空分异进行了归因分析，求取了各气象因子与作物需水量的相关性，分析了气候变化对作物需水量的影响。ET0对相对湿度和最高温度的变化最敏感，但ET0变化中风速和最高温度的贡献率最大，可能是风速和最高温度多年变化量较高所致。各作物需水量均表现出对相对湿度的相关性最高，与日照时数、风速及温度的相关性次之，旱区作物需水量变化与气候紧密相关。（4）案例分析了河套灌区实际灌溉量与灌溉需水量之间的关系。发现河套灌区作物小麦和玉米1990~2008年的毛灌溉用水量呈上升趋势，但计算的灌溉需水量呈减少趋势。据此分析了两者之间差距的原因，并提出了提高灌溉效率的建议。