长江源区位于青藏高原腹地，具备“高、寒、旱”的特点，其生态系统脆弱。近年来，随着全球气候变化，源区出现了河道断流、冻土退化、植被破坏等一系列的生态环境问题，引起社会各界的关注。而众问题与气候、水文的变化的关系较为密切。源区水文循环对气候变化较为敏感，因此研究其气候条件变化下的水文响应，对了解高寒旱流域的产流过程与极端气候条件下水文过程，具有重要的科学意义与实际价值。本文通过改进加里宁方法、SLOPE方法、小波方法与水文气候响应模型，计算了长江源区基流量，展示了气候要素（降水、气温、蒸发）在区域上的年际空间变化，剖析了水文要素（径流、基流）与气候的周期，揭示了水文与气候的周期相关性，计算了各气候要素对水文要素的影响贡献率，建立了整个流域尺度的水文气候响应模型，分析了模型的气候敏感性，模拟了各假定气候情景的水文响应。基于改进加里宁方法，各参数与基流的相关性排序为径流、比例系数B值、拐点流量Q0和退水指数a值。其中， B值反映了地表水与地下水转化特点，且与降水及气温的年际变化一致。依据SLOPE方法，源区气候变化的空间情况主要是往暖-湿方向发展，仅在东南部地区往暖-干方向发展的。基于小波方法，判定区内各气象站（沱沱河、五道梁、曲麻莱及玉树）的气候要素显示不同的周期特征；而整个源区的气候要素具有4年、8年、29-30年及43年的共同周期外，还存在独立的周期如14-15年（仅气温）及18年（仅蒸发）。源区径流与基流均具有7-8年、20-21年及43年的周期，其中20-21年的周期项控制了整个径流与基流的变化。全周期小波互相关分析中，径流、基流与降水的相关系数整体大于0，为正相关。径流、基流与气温的相关系数整体上不全大于0（存在负相关），且径流、基流与蒸发相关曲线间于降水与气温。在气候要素的影响分析中，气候要素对径流的影响排序应为降水、蒸发与气温；而基流受其影响顺序为蒸发、降水与气温。此外，比较了非标准化与标准化的小波相关分析的结果，认为后者可信度高。基于对长江源区积雪与冻土影响的考虑，区分了固液态降水补给与冻土冻结水分来源，所建立的水文气候响应模型对径流变化模拟效果佳。根据气候敏感性分析，推断降水易改变径流的大小，而气温易改变径流过程的形态。基于气候情景分析，认为降水对径流值为正相关影响，而气温通过影响水分冻结过程，对年内径流过程的平稳光滑程度为负相关影响。