以石羊河流域不同年代气候因子、土地利用、植被类型和社会经济数据为数据源,运用景观遥感和数理统计学分析方法,分析气候变化趋势、土地利用格局和植被演替趋势及它们之间的协同关系。在气候变化研究方面,本研究利用石羊河流域内部各个气象站点多年的气象数据进行整理和系统化分析,得出石羊河流域气候变化过程和发展趋势。在地表生态过程研究方面,以遥感影像数据为基础,利用“3S”技术建立了不同时期植被类型图,从而分析不同时期各种类型植被的分布状况。根据建立的植被类型图,计算各种植被类型/土地利用类型的景观指数,定量化描述石羊河流域不同时期的景观格局。结合社会经济发展数据,耦合分析和揭示气候变化与人类活动对流域生态系统植被覆盖、植被类型和生态健康度的差异性影响,探讨气候变化和地表生态过程的协同变化关系及调控机理,得出如下结论。1.过去五十年石羊河流域多年降水量总体呈现出增加趋势。从变化幅度统计检验的结果可知,石羊河流域在夏季和秋季初的降水量变化速率较快。各气象站点中,只有民勤站的降水量发生了显著性突变,分别是1986-1990年的2月份、1996-2000年和2001-2005年的12月份,突变检测结果分别为3.08、-1.88和1.93。2.过去五十年流域气温呈升高趋势,突变发生率增加,冬季变暖最为显著。从非参数统计检验的结果来看,只有乌鞘岭站点在3月份的平均温度出现了下降趋势,但趋势不大,非参数统计检验结果为-0.22,其余全部站点所有月份的平均温度都呈现出增加趋势。从变化幅度统计检验的结果发现,该地区冬季气温的增长速度要明显高于其他季节,特别是2月份的武威站和古浪站,变化幅度统计量检验的结果将近0.08,要明显高于其余各月份。从突变检验的结果我们可以看到整个石羊河流域的突变发生率相对较高,且达到显著性的突变主要集中在夏季和秋季。3.进一步分析表明,流域月平均相对湿度和月平均蒸发量呈现复杂的时空变异性,总体上具有“干燥化”趋势。月平均相对湿度方面出现了减少的趋势,个别站点非参数统计检验结果值达到-2.00。蒸发量方面,石羊河流域上游地区的月蒸发量有略微的下降趋势,其余地区的蒸发量都有不同程度的增加,非参数统计检验结果基本在1.00以上。变化速率方面,夏季、春季末蒸发量增长的速率较快,尤其是永昌站点,变化幅度统计量检验结果的值(保持在1.00以上)在7、8、9三个月份要明显高于其他站点。以上两个方面表明,整个流域呈现“干燥化”趋势。4.石羊河流域不同年代植被覆盖总体逐年下降,人工植被近十年来有增加趋势。自1990年到2000年这10年间,植被覆盖面积减少的速度最快。截止到2009年,植被覆盖率已不足40%,荒漠、沙漠地带的面积占流域总面积50%以上,常年积雪地带的面积最小,占流域总面积不足1%。另外,植被类型演变受气候变化与人类活动双重影响,人工植被类型的面积最大,从1990年到2009年间先略微减少,而后大幅度增加,2006和2009年保持在流域总面积的10%左右。位于沙地和盐地的灌丛带面积与人工植被变化趋势类似,占流域总面积5%以上。通过植被转移矩阵发现,植被类型具有朝向荒漠植被类型发展的趋势。根据社会经济发展和调研结果,上述变化与当地农业生产活动对针叶、阔叶林带和沙地盐地灌丛带土地的开垦密切相关,即人类活动对这两种类型植被的影响相对较大。5.景观格局分析结果表明,流域景观“荒漠化”特征加重,“人工修复”色彩加强。斑块数目较多的类型为裸地地带和沙地、盐地灌丛带,平均斑块数都在4万以上；斑块密度最大值为裸地类型和沙地、盐地灌丛两种类型上,平均值都达到0.9以上。景观优势度最大和最小的类型分别是荒漠、沙漠地带和水体；在不同植被类型中,景观优势度最大值和最小值分别是人工植被带和山地稀疏植被带,平均值分别为0.07和0.03。石羊河流域总体景观格局方面,景观破碎度指数呈现出先下降后上升的变化过程,四个时期分别为7.1%、6.6%、5.1%和5.5%。景观多样性指数从1990年到2009年呈现出逐年下降的变化过程(1.72、1.69、1.68和1.62),说明在该区域景观多样性在逐渐降低。6.全流域不同年代生态承载力逐渐下降,而生态足迹逐渐上升。人均生态承载力在逐年降低,由2000年的0.914hm2/人降至2010年的0.899hm2/人,因此可以说该地区的生态环境在逐渐恶化,自然能够提供给人类的自然资源在逐渐减少;从人均生态足迹的结果来看,人均生态足迹值在逐步增大,三个年份分别为0.760hm2/人、0.766hm2/人和0.789hm2/人。由此可见,人类对该地区的自然资源依赖性在逐渐增加,消耗人类所生产生活所产生的废弃物所需要的生产性土地面积在逐步增多。总之,石羊河流域的气候变化和地表过程之间存在着复杂的多层次耦合关系,两者之间的互作机理非常复杂。地表生态过程受社会经济发展的短期影响,呈现总体恶化、局部有所改善的趋势,引发了区域微气候变化频率和程度加剧；而全球气候变化对区域地表生态过程的影响是长期的,与当地社会经济发展模式形成累积效应,加剧了区域生态健康度下降趋势。研究结果为石羊河流域的生态环境保护和恢复提供了一定的科学依据,同时也为人类社会生产生活的可持续发展提供了科学的参考。