根据《气候变化国家评估报告》的预测，到2020年我国年平均气温将增加1.1～2.1℃，2030年增加1.5～2.8℃，2050年增加2.3～3.3℃；预计到2020年，全国平均年降水量将增加2%～3%，到2050年可能增加5%～7%；降水日数在北方显著增加，降水区域差异更为明显；由于平均气温增加，蒸发增强，总体上北方水资源短缺状况将进一步加剧；未来极端天气气候事件呈增加趋势。
对气候变化响应比较敏感的是我国北方浅层地下水及其相关生态环境，特别是西北地区，生态环境极为脆弱，对气候变化更为敏感，极端的气候事件对干旱区的水资源和生态环境的影响往往具有灾难性。气候变化影响地表径流的变化，从而可能引起地下水补排关系变化，在极端干旱期，地下水作为备用水源而增加用水量，消耗储存，水位下降可能严重地影响河流、湖泊的最低水位和湿地等生态环境条件。在东部沿海地区，当降水补给减少时，向沿海地区排放的淡水减少，会引起海水-淡水界面向内陆移动，使淡水储存量发生变化；同样，海平面变化，也影响该界面位置，对地下水开发的威胁增加。另外，干旱期间加大抽取地下水量，引起的水头下降，导致地面沉降。极端的干旱，造成地下水浅埋区矿化度增加；同时，导致人类水资源利用活动加剧，河流量衰减甚至断流，河流运输物质能力降低，人类造成的污染物质（尤其是农业污染）不能通过河流入海，致使大量污染物滞留于地表或土壤中；在极端降水增加的情况下，大量物质随降水入渗进入地下水，地下水污染的风险增大；另外，干早期间，海水入侵到陆地含水层内，向内陆入侵的范围将超过原有的界限；地下水位变化造成包气带厚度变化，影响包气带对污染物的防护能力，最终造成地下水储存量发生变化，地下水可利用性和供水能力受到限制。
鉴于未来气候可能变化趋势和目前地下水系统的演化特征，为了适应和减轻气候变化对水资源的影响，需要采取的适应性对策。主要是以下几方面：
1）完善政策法规、加强水资源综合管理。强化水资源的统一管理和保护，建立适应气候变化及水利可持续发展的水行政管理体制，制定和完善有关法律、法规和政策体系。加强对水资源的行政领导，理顺水资源管理体制，强化统一管理，调整水资源部门分割、地区分割的水资源管理体制；严格用水政策，完善地下水的有偿开采制度，加强地下水资源的建设投资；建立地下水资源涵养体制。发挥经济杠杆作用，对水资源进行全面的经济管理促进水资源的可持续开发利用。
2）建立节水型社会。气候变化将加剧北方水资源供需矛盾，必须树立节约用水、合理用水的社会风气，提高全民节水意识，大力推行节约用水，建设节水型社会，这是我国北方干旱地区可持续发展战略的必要前提和重要保障。全面推行农业节水灌溉，采用先进的灌溉技术，大幅度降低灌溉定额。大力推进城镇和工业节水，主要是采用先进的生产工艺和给排水设施，千方百计地提高水的重复利用率和降低万元产值耗水量。
3）最大限度地争取外流域调水量，强化污水处理，逐步实现污水资源化。利用先进的污水处理技术，加大污水处理和中水回用对改善水环境、解决我国水资源短缺问题。另外，依靠科技进步，加大我国北方沿海地区和西北内陆地区的微咸水利用程度，开辟利用海水的新途径。
4）调整产业结构，建立并完善适水型产业结构。降低第一产业的比重，加强发展第三产业，并可减少废污水的排放量。缺水地区在制定地区和工业发展规划时，应严格控制耗水量大的重工业发展，限制用水效益差的行业发展。
5）坚持地下水资源开发利用与保护并重的原则，实现地下水资源可持续利用。在保护的前提下，科学合理地开发地下水资源，是实现地下水资源可持续利用的基本前提。通过拦蓄降水和人工调蓄等手段来涵养地下水，防止地下水污染，保证供水质量，杜绝地下水公害，加大地下水污染治理力度。根据地下水系统补给、更新条件差异，制定相应的地下水开采计划和涵养措施。