基于北疆25个气象站1961—2013年的气象资料和棉花生育期资料,利用FAO推荐的Penman-Monteith公式及作物系数法,对棉花各生育阶段的作物需水量和灌溉需水量进行估算.结果表明:过去53年,北疆地区棉花需水量在各个生育期总体呈下降趋势,其中,花铃期作物需水量下降趋势最为显著,变化率为-0.15 mm·a^-1;各生育期内存在多尺度的周期变化,其中在30年左右的大周期尺度上,各生育期作物需水量大致呈现"偏高-偏低-偏高"的变化过程,在15¹7年的中周期尺度上,经历了"偏低-偏高-偏低"的变化过程,而在较小年际尺度上,作物需水量无明显的周期特征;在空间分布上,作物需水量、灌溉需水量和水分盈亏指数多年均值总体上大致呈现自西向东递减的分布特征;突变结果显示作物需水量在各生育期均呈显著减少趋势,且在北疆西北和西南地区最为明显.各个生育期内,棉花需水量与平均风速、日照时数和平均气温都呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关.研究结果可为北疆棉花适时定量灌溉和提高水分利用效率提供基础数据支撑.