西北地區為幹旱半幹旱區，土地廣闊，但水資源相對貧乏，水資源是當地經濟社會發展和生態保護的主要限制因子。在全球氣候變化的背景下，未來西北地區水資源將會有什麽樣的變化？既是重要的科學問題，又對規劃當地的發展戰略具有重要的現實意義。
施雅風對西北地區的氣候與水資源變化進行了很多研究。他認為西北幹旱區在20世紀處於氣候幹旱化、水資源萎縮過程中（施雅風，1995；2001），而烏梢嶺、日月山以西的西北西部地區於80年代末出現氣候由暖幹向暖濕轉型的現象（施雅風等，2002）。2005年6月在蘭州“科學與中國”報告會上，他進壹步明確了如下觀點：“未來降水量增加趨勢實現，結合冰川融水增加，則西北和青藏高原徑流量或地表水資源量也存在增加趨勢，西北東部與黃河源區已持續多年的幹旱現象將會轉入多雨的豐水期，但還不能確切預估轉向濕潤的具體年份”（宋華龍，2005）。
西北地區西部降水從80年代末呈增加趨勢已得到氣象和水文資料的證實（劉春蓁，2000；任國玉等，2000；周陳超等，2005）。但關於溫度升高後蒸發的變化趨勢則有不同的認識。壹些研究認為陸面蒸發量會增加，而另壹些研究則認為蒸發會下降（任國玉，2005）。特別是對氣候暖濕（或暖幹）轉變導致的內陸河流域兩個水源地——冰雪帶與森林帶徑流變化對山區總徑流變化的綜合效應，仍需深入探討。
目前，回答這壹問題最大的障礙之壹是沒有滿足研究（模型模擬）所需要的山區不同地帶的綜合觀測。今後，在加強冰雪帶與森林帶徑流變化觀測的基礎上，應重點研究以下問題：（1）西北地區氣候暖幹與暖濕轉型在時空尺度上的變化；（2）氣候變化背景下西北地區蒸發將如何變化？（3）氣候變化對山區冰雪帶和森林帶徑流變化的總體效應。
二、生態用水與生產生活用水的協調問題
流域生態需水量是指維持流域正常的生態和環境功能所必需蓄存和消耗的水資源量(劉昌明，2004)。長期以來，由於對生態需水的重視不夠，西北幹旱區水資源過度開發利用的現象普遍存在。生態需水被大量擠占，生態和環境質量惡化問題非常嚴重。如塔裏木河、黑河、石羊河，由於水資源的過度開發利用，導致了其河流下遊水資源量銳減、河道斷流、湖泊沼澤萎縮（臺特瑪湖、居延海、青土湖等已幹涸）、地下水位下降、植被（胡楊、紅柳等）枯死、生物棲息地破碎、消失等生態和環境退化現象。
在西北幹旱地區，由於降水稀少，使水成為維系生態系統的關鍵因子。只有在降雨較多的山區和平原的河流兩岸才有較好的植被分布。西北地區生產、生活用水與生態用水矛盾非常突出。要解決這壹矛盾，合理配置兩者的用水量，壹個關鍵的問題是生態需水的定量估算。
生態需水估算的常用方法包括：（1）傳統的水文流量計算方法（標準流量法）；（2）基於水力學基礎的水力學方法；（3）基於生物學基礎的生物棲息地方法。然而，對於西北內陸河流域生態需水量的估算，傳統方法仍存在很多問題。如：如何確定下遊適宜的生態水位？它與沿岸植被生長的關系如何？與河水水位和流量的關系如何？尾閭湖泊要保護到什麽程度？需水量如何確定？天然綠洲的變化與河流水量是什麽關系？與洪水流量和淹沒範圍之間是什麽關系？等等問題，現有方法都很難確定。缺乏足夠的觀測數據也是重要的原因之壹。
今後重點科研工作包括：（1）加強生態水文學的研究，特別是水與生態系統變化關系的規律性研究；（2）將生態用水、生產生活用水的配置與流域水循環和水量平衡結合起來，開展研究；（3）綜合研究不同水資源配置下的生態、環境和經濟效應。
三、草地退化問題
據北方地區實測的樣方資料，目前西北五省區草地總面積11975萬ha，因各種因素造成的退化草地總面積為6960萬ha，占草地總面積的58%。其中輕度退化面積3020.9萬ha，占退化總面積的43.4%；中度退化2650.7萬ha，占退化總面積的38%；重度退化面積1289萬ha，占退化總面積的18.5%。與80年代和90年代的調查結果比較，草地退化有加劇的趨勢（洪紱增，待出版）。
關於如何控制西北幹旱區草地的退化、走可持續草原畜牧業經營之路，爭論的焦點是：在我國西北生態這樣脆弱的地區，應該粗放還是集約？是較大尺度的自然輪牧還是定居（李向林，2002）？支持集約的觀點認為：（1）集約化的草地畜牧業生產是現代草業發展的方向；（2）人工草地建設是解決飼養家畜飼草料穩定來源的有效途徑；（3）人工草地的建設有利於草場的管理；（4）可以減輕天然草地壓力；（5）有利於社區建設和草原地區教育事業的發展。而支持粗放的觀點認為：（1）遊牧和季節性遷移生產方式是世界上幾乎所有牧業地區（包括我國北方草原地區）牧民千百年來智慧的結晶，符合北方地區草地資源空間分布不均、季節性差異大的特點。而定居高強度的草地畜牧業生產在北方和西北的幹旱地區更容易造成草地的退化；（2）在澳大利亞等國家類似我國西北的內陸幹旱地區也實行粗放的經營方式，並不提倡集約化的生產；（3）大規模的人工草地建設，由於耗費土壤水分，造成土壤幹化（魏永勝等，2004）。
實際上，因地制宜，在空間上合理配置集約化和粗放化經營，才是正確的選擇。然而，要做到這壹點，尚有許多科學問題有待探討：（1）在氣候的季節和年際波動都很大的我國西北地區，如何合理確定放牧“壓力”，合理計算草地承載力？特別是如何根據草地承載力的時空變化選擇合理的經營方式？（2）如何綜合考慮草地退化的狀況與牧民生計，合理確定經營性草地和保護性草地面積的比例？
四、沙塵暴災害與荒漠化問題
2000年及隨後幾年我國北方地區沙塵暴災害的加劇，引起各界對我國生態狀況的廣泛關註，也是政府增加生態建設工程投入的主要驅動因素之壹。然而，近幾年沙塵暴的加劇究竟在多大程度上說是人類活動造成的？或者在多大程度上與荒漠化有關？又在多大程度上說與氣候波動有關？學者們的觀點莫衷壹是。
我國防治荒漠化的技術與模式
五項技術可有效遏制荒漠化
1．植物固沙
這是控制流沙最根本且經濟有效的措施。固沙植物能為沙區人畜提供燃料和飼料，同時，又可以恢復和改善生態環境。其內容主要包括：建立人工植被或恢復天然植被；營造大型防沙阻沙林帶，以阻截流沙對綠洲、交通線、城鎮居民點的侵襲；營造防護林網，控制耕地風蝕和牧場退化；保護封育天然植被，防止固定半固定沙丘和沙質的沙漠化危害。
2．工程治沙
治理流沙時，采用柴草、粘土、卵石、網板等材料設置障礙物或鋪壓遮蔽，借以阻沙固沙；利用地形地物設置屏障，改變大風方向，輸導流沙定向吹移；采取壹定的工程措施，機械地進行幹擾控制，以固定阻擋、輸導搬運流沙，定向塑造風沙地貌，改變沙地條件，轉害為利。
3．化學固沙
在流動沙地上通過噴灑化學膠結物質，使其在沙地表面形成有壹定強度的保護殼，隔開氣流對沙面的直接作用，提高沙面抗風蝕性能，達到固定流沙的目的。
4．旱地節水
水資源匱乏，是制約荒漠化地區土地綜合整治與開發的主要難題。因此，引進和開發節水技術，發展灌溉農業就顯得至關重要。壹般采取渠道防滲、低壓管道輸水、噴灌微灌、田間節水等技術。
5．退化地開發
我國在防止荒漠化的同時，適度進行了開發利用，形成和完善了不少農牧業開發技術。在農業上，主要有引水拉沙造田、老綠洲農田改造、沙地襯膜水稻栽培、鹽堿化土地改良，以及日光溫室栽培與養殖、地膜覆蓋栽培和無土栽培等技術；在牧業上，主要有合理輪牧、以草定畜、草場改良和溫室養殖技術；農牧綜合技術主要有“小生物經濟圈”建設，以及小流域綜合治理技術。
國內四種模式值得推廣
1．赤峰模式
赤峰市位於內蒙古自治區東部，歷史上是水草豐美的大草原，由於不合理的土地利用，荒漠化土地達7萬平方千米，占總土地面積的77％，251萬公頃草場退化，全市70％的人口、12個旗（縣）的148個鄉鎮受沙漠化危害。後采用固沙造林育草技術、沙地襯膜水稻栽培技術和“小生物經濟圈”整治技術進行治理，全市森林覆蓋率從新中國成立初期不足5％，提高到21.2％，區域性生態環境得到明顯改善。赤峰模式適合在半濕潤區荒漠地區推廣。
2．榆林模式
榆林地區地處毛烏素沙地南緣，沙化面積達2.44萬平方千米，有6座縣城陷於重重沙漠之中，412個村莊受風沙的侵襲壓埋；100年間，已吞沒農田、牧場14萬公頃。人們針對以風力作用為主的沙質荒漠化土地，建立了以“帶、片、網”相結合的防風沙體系，使年沙塵日由20世紀50年代的70多天減少到現在的20多天，呈現出人進沙退、林茂糧豐的“塞上江南”景象。榆林模式適合半幹旱地區的荒漠化治理。
3．臨澤模式
臨澤縣位於甘肅省河西走廊中部黑河兩岸，由於過度樵采、放牧，植被破壞，沙化嚴重，原來的綠洲向南退縮了近500米。後來，采用以綠洲為中心、自邊緣到外圍的“阻、固、封”相結合的防護體系，使流沙面積從54.6％減少到9.4％。臨澤模式適合在幹旱地區沙質荒漠化危害的綠洲地區推廣。
4．和田模式
和田位於新疆塔克拉瑪幹沙漠西南邊緣，以綠洲為中心建立防護體系，興修水利，節水灌溉，並采取固定流動沙丘的辦法，治沙效果明顯。被聯合國開發計劃署授予“全球環境500佳”稱號。和田模式適合極端幹旱區地區的荒漠化防治。