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作为气候状况的最基本表征量，地面和大气温度及其时空演变决定了大气环流的时空分布及其变化。研究地-气温度分布及其长期变化成因，是理解气候演变机理、应对气候变化的重要基础。而气候系统模式对地-气温度状态的合理再现，也是模式对未来气候预估的基础。本文引进基于地-气系统能量平衡的气候反馈响应分析方法(Coupled Surface-Atmosphere Climate Feedback ResponseAnalysis Method，CFRAM)，围绕气候系统中地面和大气温度的长期变化这个主题，利用台站观测资料、欧洲中心ERA-Interim再分析资料和国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)资料，主要关注青藏高原地面和平流层这两个在全球变暖背景下具有独特变化特征的区域，对这两个区域温度长期变化的时空特征及其原因进行了系统性的定量意义的归因分析;本论文还针对气候系统模式FGOALS-s2中地面和大气温度的系统性模拟偏差，利用CFRAM方法从地-气能量平衡的角度，定量地剖析了模式中物理过程的描述偏差对温度模拟偏差的相对贡献。 首先，近30年来青藏高原地面温度呈现显著的增暖特征，尽管ERA-Interim再分析资料中的增暖强度相比台站观测资料较弱，但其能够较为准确地刻画高原增暖的时空演变特征。利用CFRAM的分析结果表明，年平均的高原增暖主要由辐射过程变化所贡献(0.25℃)。其中CO2和大气水汽含量增加是主要的贡献因子（0.16℃和0.34℃），高原云量增加引起的变冷效应起部分削弱作用(-0.25℃)。非辐射过程变化对高原地面增暖的贡献较小(0.01℃)，这是由于感热减弱所引起的增暖效应几乎完全被蒸发加强和动力过程的变化引起的变冷效应所抵消。此外，高原增暖在冬季最强，春季次之，夏秋季较弱。秋冬季的增暖主要由辐射过程变化所贡献;由于春夏季云反馈（潜热和动力过程）对高原增暖的削弱作用加强（减弱），使高原地面温度的增暖在春夏季由非辐射过程变化所主导。 伴随着高原平均地面温度的显著增暖，日最低温度的显著升高和日最高温度的略有降低造成了高原地面温度日较差显著地减小。CFRAM的结果表明，日较差的减小主要由辐射过程变化所贡献（～-2.4℃），非辐射过程变化起削弱作用(～1.6℃)。低云云量增加引起的日最高（低）温度降低（升高）以及大气中水汽含量增加引起的更强的日最低温度升高，共同贡献了日较差的减小(-2℃和-0.4℃);而非辐射过程中，地表感热通量在白天（夜间）较强（弱）的减小引起的日较差增大(2.5℃)则与地表潜热通量在白天（夜间）较强（弱）的增加以及动力过程变化所引起的日较差减小(-0.8℃和-0.2℃)趋于互相抵消。 与高原区域不同，中国东部地面温度日较差呈长期增大趋势，并主要由云辐射、水汽辐射反馈和动力过程的变化共同贡献。中国东部低云云量减小通过增强白天短波和减弱夜间长波辐射以及大气水汽含量减少引起的较强（弱）的夜间（白天）降温，共同导致了中国东部日较差的增大（0.6℃和0.6℃）。同时，在非辐射过程中，地表感热通量和地表潜热通量变化引起的日较差的减小(-2.5℃和-3.9℃)与动力过程变化引起的日较差增大(5.6℃)共同对中国东部日较差的增大起抵消作用(-0.8℃)。 其次，不同于地面的增暖，平流层温度呈现出显著的变冷趋势。基于CMIP5中CCSM4模式资料对全球变暖背景下平流层长期变冷的成因分析表明，辐射过程的变化是其主要驱动因子。CO2含量增多、臭氧减少和水汽增多对全球平均平流层温度变化的贡献分别约为-5℃、-2℃和-1℃;而大气动力过程的长期变化起削弱作用(4℃)。尽管如此，辐射过程变化的效应无法解释平流层温度长期变冷的空间分布特征，而与热带外平流层行星波活动的变化紧密联系着的动力过程的变化对平流层变冷的空间分布特征起决定作用。 另外，对FGOALS-s2模式中温度模拟偏差剖析的结果表明，模式中地面温度偏差陆地大于海面，夏季大于冬季。最显著的大气温度偏差是热带对流层上层的冷偏差和平流层的极地强冷偏差。总体而言，FGOALS-s2模式中的温度偏差主要源于模式对非辐射过程的描述偏差，对辐射过程的描述偏差所导致的温度偏差起部分抵消作用。其中地面温度偏差主要源于模式中对向上（下）地表热通量的系统性低（高）估以及相应的海洋热储存偏差之间的不平衡;大气温度偏差主要由潜热通量偏差以及大气动力过程偏差所决定。需要指出的是，模式中辐射过程的描述偏差所引起的温度偏差总是与非辐射过程的描述偏差所引起的温度偏差相互抵消，这表明在能量平衡的地-气系统中，模式中较小的温度偏差并不能说明模式对各物理过程的描述均是准确的。相反地，模式对某些物理过程的描述偏差可能仍然较大，它们引起的温度偏差之间的互相平衡和抵消性质，可能对模式的模拟偏差起掩盖作用。