近百年来全球气候正在经历一个以全球变暖为主要特征的显著变化,引起包括降水、蒸散发、径流、土壤湿度和陆地水储量这些陆地水文循环变量的改变。陆地水文过程与大气圈、水圈、生物圈、冰冻圈和岩石圈有重要的相互作用,其循环过程与特征与人类的生产生活休戚相关,因此深入研究陆地水循环过程与特征具有重要意义。通过各种观测与陆面水文模式模拟研究陆地水文循环过程是重要方法之一,然而由于不同模式物理过程描述的差异引起陆地水文循环模拟的不确定性,需要从多陆面水文模式进行集合模拟以减少由模式带来的不确定性。本文的研究目标是发屋基于多陆面水文模式集合的中国区域陆地水文模拟系统,揭示中国区域陆地水文过程的时空演变特征与规律,以及陆地水陆量的变化特征与规律:并建立基于贝叶斯(BMA)集合方法的土壤湿度集合预报方案。围绕上述研究目标,本论文在多陆面模式模拟、评估以及多模式集合应用等方面开展研究。论文主要成果总结如下:　　 (1)发展了基于多陆面模式集合的中国区域陆地水文模拟系统,并模拟研究了中国区域1951-2008年的陆地水文循环过程,揭示了过去60年我国的陆地水文循环特征。通过对多陆面模式BATS、CLM3.0、CLM3.5以及VIC模拟结果的集合,发展了基于多陆面水文模式集合的中国区域陆地水文模拟系统,并应用于中国区域1951-2008年的陆地水文循环过程的模拟。季节、年际、以及年代际尺度的多模式集合模拟分析结果如下:季节尺度上,平均降水量呈现从西北到东南梯级递增的空间格局,在长江中下游地区春季降水呈现减少趋势而夏季降水呈现增加趋势,径流深和土壤湿度在该区表现出相同的变化趋势,而蒸散发相反。西北地区和大兴安岭北部的降水波动有所增加,蒸散发和径流具有和降水同样的季节波动趋势；我国西部地区和东北东部土壤湿度的季节波动增大而在华北附近的季节波动变小。在年际尺度上,降水波动呈现从西北到东南逐渐增加的格局,北纬30度附近和我国东北地区北部降水年际波动增大而在华南地区降水年际波动变小;蒸散发和径流表现出与降水几乎一致的年际波动趋势；内蒙中部和新疆北部土壤湿度波动变小,而在青藏高原东南部和华北平原土壤湿度的波动变大。在年代际尺度上,降水波动呈现从西北到东南逐渐增加的格局；蒸散发表现出以华北地区和内蒙中部地区为分隔的两低一高的波动趋势；径流深的标准偏差空间分布与降水十分接近；整个中国区域的土壤湿度年代际波动呈现出华北、西北较大而华南较小的空间格局。　　 (2)利用观测资料和重力卫星资料(GRACE)验证了基于多模式集合的陆地水储量变化评估方法(PER)的有效性,并揭示过去60年我国陆地水储量的时空变化特征。利用观测资料和重力卫星资料(GRACE)在长江流域,海河流域以及整个中国区域空间格局方面验证了PER陆地水储量评估方法,表明其合理性；通过PER水量平衡方法结合多陆面模型集合估计了中国区域1951-2008年的陆地水储量变化,揭示出过去60年我国陆地水储量的时空变化特征:在季节尺度上,我国西南和东北地区的水储量具有波动增加的趋势;在年际尺度上,在我国大兴安岭北部和北纬35度横条带区表现出水储量波动增加的趋势；在年代际尺度上,新疆地区陆地水储量具有较小的年代际波动,以及华北平原地区具有较大的年代际波动。　　 (3)利用贝叶斯方法(BMA)集合多模式模拟的土壤湿度,结合TIGGE资料进行土壤湿度的预报试验,揭示了该方法的适用性。通过将贝叶斯集合方法(BMA)应用于基于TIGGE确定性预报的多陆面模式(BATS、CLM3.0和CLM3.5)模拟,发展了基于多陆面模式集合的土壤湿度预报方案,并应用于典型区域内蒙地区的土壤湿度预报。结果表明,BMA方法有效地降低了土壤湿度的预报偏差；在内蒙的大多数区域,基于3天时效的TIGGE资料可以较为准确地预报土壤湿度,其中504和2301区1天时效的集合预报效果最好,相关系数达到0.8以上。