黄河上游地区是黄河重要的产流区域，其范围广，生态环境脆弱，近年来受全球气候变暖和人类活动的影响，使原本脆弱的生态环境更加恶劣，生态平衡受到严重威胁。众多研究表明，水热条件对退化生态环境的恢复具有限制作用，退化生态系统恢复过程就是以水热为代表的环境条件逐步改善的过程。因此为确保该地区生态环境持续发展，急需研究黄河上游地区水分传输特征，了解水热传输规律，分析水热资源的平衡，充分提高水资源的利用效率，最终使水热资源达到最优模式，促使该区域生态系统得以尽快恢复与重建。本论文利用建立在黄河上游玛曲的“黄河源区气候与环境综合观测研究站”获取的第一手观测资料，将资料分析和数值模拟方法相结合，研究分析该区域水热平衡变化规律，为研究该区域生态环境的水热结构优化、荒漠化防治及生态环境恢复提供科学的理论基础。本文的主要内容和结论如下：　　 1)感热通量和潜热通量是衡量水热特征的重要变量。以涡动相关资料的处理方法和应用为目标，对应用涡动相关法计算的感热通量与潜热通量进行了一系列的质量控制与修正，包括计算通量过程中平均周期的选取，二次坐标旋转与三次坐标旋转对通量的修正，感热通量的虚温修正，潜热通量的WPL变化与Liu变化，通过计算分析，得到最佳计算方案：在以后玛曲站通量资料处理过程中，取30min平均周期，使用二次坐标旋转计算感热通量与潜热通量；计算感热通量的过程中进行虚温修正而计算潜热通量过程中进行WPL修正(或Liu修正)，可以较大幅度的改变通量值；　　 2)湍流运动是大气运动的基本特征，是实现能量和物质交换的主要途径。计算分析了湍流统计特征，有助于进一步了解能量物质的输送特征统计量σμ/u*，σv/u*，σw/u*与Z/L之间有明显的1/3次方规律，大气处于中性层结时，σμ/u*，σv/u*，σw/u*分别趋于常数3.42，3.34，1.02；湍流动能及湍流强度Iu，Lv，Iw随风速和稳定度有明显变化；　　 3)分析了玛曲地区地表参数特征及“印痕”。Martano根据Monin-Obukhov相似理论，利用单层超声风速资料，将计算零平面位移和空气动力学粗糙度的问题简化为一个可由最小二乘法求单变量的过程。确定玛曲地区零平面位移高度d=0.143m，动力学粗糙度z0=0.035m。应用通量印痕分析的解析解公式，分析了玛曲站通量的“印痕”，结果表明：当水平通量累积贡献率为90％时，其源区水平范围在0～1025m之间；通量密度在80m左右取得最大值，也就是说80m附近区域位置对通量的影响最大；　　 4)分析了地表能量水分特征及其参数。玛曲站各辐射分量都具有显著的季节变化特征，地表反照率除冬季降雪期外，季节变化不是很明显，年平均地表反照率约为0.26；土壤温度、土壤湿度及土壤热通量季节变化特征明显。能量闭合度相对而言春节和夏季略高于秋季和冬季，而且存在很明显的能量不闭合现象；土壤温度梯度季节变化特征明显，且与净辐射线性相关，相关系数为-0.61。由于冬季土壤含冰量的影响，土壤导热率在1月份达到最大值，而3—4月份相对较小；季节平均的土壤导热率分别为：春季0.27 Wm-1℃-1、夏季0.38Wm-1℃-1、秋季0.55Wm-1℃-1、冬季0.83Wm-1℃-1。　　 5)利用公共陆面过程模式CoLM模拟了玛曲地区地表能量通量。CoLM能够较好的模拟感热通量、潜热通量、净辐射及土壤热通量，但与观测值相比较，仍有一定的差异。陆面参数是描述下垫面特征的重要变量，也是模式，提高模拟效果的重要方面。将论文中计算的空气动力学粗糙度Z0和零平面位移d应用于模式中，对地表能量通量四个分量的模拟均有一定程度的改善。改进陆面参数后，对感热通量和潜热通量的改善略微明显，这主要是由于动力学粗糙度和零平面位移对感热通量与潜热通量的计算产生直接影响，而对土壤热通量的影响是间接的，因此，对土壤热通量的影响要小.改进陆面参数后模拟的感热通量与潜热通量与观测值仍然有一定的差距，这可能是由于公共陆面过程模式CoLM的陆面参数和物理过程所致。