表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素，研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题，基于实测水文气象数据，采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料，研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征，为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有：（1）尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程，但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的1973 2020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。（2）1973 2020年，洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期，且降温过程较升温快。在气候变暖背景下，年均水温呈现持续的波动性上升趋势，且1996年发生突变后上升趋势更为显著，其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。（3）采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系，水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后，水温随气温的变化速率略有减小，表明水温对气温响应的敏感性降低，水温气温的耦合关系有所削弱。