中国温带草地是对气候变化最敏感的地区之一。理解并预测温带草地对气候变化的响应,对保障中国北方生态脆弱区的生态安全、可持续地利用草地资源具有重要的意义。中国东北样带草地因其显著的降水梯度成为研究温带草地对气候变化响应的典型区域。论文通过数据统计分析和陆面过程模型两种方法,阐明了东北样带草地对气候变化的响应机制,分析其在不同降水条件下的差异和在空间和时间尺度上的差异,预测了气候变化下草地生长过程和区域水碳循环可能的演变特征,并探究了地下水侧向流动对草地生长的影响。基于遥感植被数据和地面气象数据,论文通过统计方法分析了1982～2014年草地生长季归一化植被指数（NDVI）对降水、气温的敏感性。结果表明,降水是影响NDVI空间分布和年际变化的主导因素,生长季NDVI对降水变化的空间敏感性(12～15×10-4?mm-1)显著大于时间敏感性(1.8～4.8×10-4?mm-1)。为了探究东北样带草地生长对气候变化的响应机制,论文选择目前应用最广泛的陆面过程模型之一——通用陆面模型CLM4.5（以下简称CLM）开展研究。基于遥感叶面积指数（LAI）的评估发现CLM在模拟温带草地物候过程方面存在不足:生长季结束日期延迟;夏季出现异常衰落。论文通过改进CLM的衰落物候模型和调整碳储存比例参数,显著改善了年内尺度和年际尺度上LAI的模拟效果。基于改进的CLM,论文揭示了草地生长对降水时空敏感性差异的原因:前一年的降水会对后一年的草地生长产生影响（“记忆效应”）,导致时间敏感性较小;草地群落沿降水梯度的演替以及地形、气温、土壤质地等其他因素的空间异质性导致空间敏感性较大。应用改进的CLM模型预测了气候变化情景下东北样带草地的演变特征。在未来气候更加湿润（降水增加10%～20%）和温暖（气温升高1～2oC）的情景下,草地多年平均LAI将较现状条件增加10.0%～21.9%,蒸散发增加23.5～52.0 mm?year-1,固碳能力增加0.25～2.07??。针对东北样带内受到地下水强烈影响的科尔沁草地区域,论文构建了考虑地下水侧向流动的陆面过程模型（CLM-GW模型）,利用实测数据对模型进行了验证。考虑了地下水侧向流动后,CLM-GW模型对表层土壤含水率、叶面积指数、区域潜热、显热通量的模拟都优于CLM模型。模拟分析表明,地下水侧向流动为处于地势低洼处的草地提供了稳定的水源,使生长季LAI增加28.9%,蒸散发增加43.5%,总初级生产力增加80.6%,生态系统水分利用效率提高了25.2%。