东亚夏季风是东亚地区最重要的气候系统之一，而影响其年际和年代际变化的因素既包括厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和太平洋年代际振荡(IPO)等自然变率，也包括温室气体和气溶胶等人为强迫。本论文从海气相互作用的角度，通过观测分析、CMIP5多模式试验结果和试验设计相结合，探讨了东亚夏季风年际变率模拟的关键物理过程，研究了自然变率和外强迫对东亚夏季风年代际变化的相对贡献。主要包含以下几个方面的内容:　　一.印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型对东亚夏季风年际变率的重要性。　　东亚夏季风的年际变率型最主要的两个特征是低层的西北太平洋反气旋(WPAC)和偶极子型降水结构:西北太平洋降水减少和长江流域到日本南部一带降水增加。13个CMIP3和19个CMIP5大气模式都能较好地刻画这一特征，但也存在非常显著的偏差:强度偏弱和位置偏南。利用一个技巧评分公式对所有模式的年际变率型进行评分，发现从CMIP3到CMIP5，模式的技巧有所提高，但不同模式间的差异仍很显著。为了探讨东亚夏季风年际变率型模拟的关键物理过程，本章对高低技巧模式进行合成分析。结果发现，在高技巧模式中，可以合理再现观测中的印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型:印度洋暖海温异常触发赤道东印度洋地区正降水异常，进而激发横跨印度洋-西北太平洋的大气开尔文波，而大气开尔文波通过埃克曼辐散维持了WPAC。而在低技巧模式中，这一遥相关型未能得到合理的刻画。CMIP5相对于CMIP3的技巧提高也得益于这一遥相关型的改善。因此，印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型是决定东亚夏季风年际变率的重要过程。　　二.海气相互作用对东亚夏季风气候态和年际变率的重要影响。　　利用34个CMIP5耦合模式进一步证实了印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型对东亚夏季风年际变率型的重要作用，并发现其与ENSO紧密相关。在此基础上，我们比较了其中的17个耦合模式和与之对应的大气模式对东亚夏季风气候态和年际变率的模拟。在气候态上，大气模式和耦合模式的偏差存在一致性:西北太平洋副热带高压(WNPSH)偏东偏北;季风雨带偏弱和西北太平洋降水偏强。但在耦合模式中，这两个偏差都得到了显著改善。在耦合模式中，西北太平洋海温偏冷，减弱了地表蒸发，从而使得低层WNPSH增强，西北太平洋降水减少，而季风雨带降水增多。在年际变率上，大气模式中的WPAC较观测偏南偏弱，而耦合模式则与观测相当。年际变率型的改善主要来源于印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型。在耦合模式中，WPAC一直向西延伸到孟加拉湾，其南侧的东风异常减弱气候态季风，使得蒸发减弱。因此，赤道东印度洋海温增暖更强，激发更强的正降水异常，从而使得印度洋-西北太平洋反气旋遥相关型也更强。　　三.自然变率对20世纪东亚夏季风-ENSO关系年代际变化的调节作用。　　东亚夏季风与ENSO的关系在20世纪呈现非常显著的年代际变化。在两段高相关期（1892-1912年和1979-1999年），WPAC和海平面气压的偶极子结构（西北太平洋高压异常和长江流域到日本南部一带低压异常）非常显著，印度洋暖海温异常和对流层温度的Matsuno-Gill模态也非常清楚。而在两段低相关期（1914-1934年和1958-1978年），以上的特征都变弱或消失。挑选15个CMIP5模式的历史强迫试验的集合平均表征外强迫，进而将外强迫信号从观测中扣除。扣除前后的WPAC和海平面气压偶极子结构差别很小，这意味着外强迫对东亚夏季风-ENSO关系年代际变化影响较小，而自然变率起着更为重要的作用。分析证实，在自然变率中，IPO对东亚夏季风-ENSO关系起着重要的调节作用。在IPO正位相，西北太平洋正海温异常使得地表蒸发增强，呈现气旋式环流异常，西北太平洋季风槽增强，从而使得年际变率的大气开尔文波导致的埃克曼辐散更强，进而维持更强的WPAC。自然变率对东亚夏季风-ENSO关系的调节作用在一个气候系统模式的工业革命前控制试验中也得到证实。　　四.不同外强迫对20世纪后半叶东亚夏季风年代际减弱的相对贡献。　　东亚夏季风在20世纪后半叶呈现减弱的趋势，但不同外强迫的贡献尚不清楚。利用17个CMIP5模式的历史强迫试验和单独强迫试验结果，分析了人为强迫（温室气体和气溶胶）和自然强迫（太阳活动和火山爆发）对东亚夏季风年代际减弱的相对贡献。在全强迫作用下，模式可以部分再现观测中1958-2001年东亚夏季风的减弱趋势。利用分离强迫试验证实这种减弱主要归因于人为强迫，而自然强迫贡献较小。在人为强迫中，温室气体使得东亚夏季风稍有增强，而气溶胶使得东亚夏季风显著减弱。通过分析地表温度的变化，发现中国东部在1958-2001年显著变冷，这将使得海陆温差减小，季风减弱。由于海陆热容量的不同，温室气体（气溶胶）将会使得陆地增温（降温）快于海洋。同时，由于中国东部地区是气溶胶的排放源地，这将使得中国东部形成一个变冷中心。所以，人为强迫和全强迫也能部分刻画观测中的变冷中心，在高层，全强迫试验可以部分刻画观测中东亚副热带急流的南移。自然强迫（气溶胶强迫）通过改变经向温度梯度有利于东亚副热带急流东部（西部）的南移。但是，无论高层还是低层，模式中东亚夏季风年代际减弱的强度都远低于观测，这意味着尽管外强迫对东亚夏季风年代际变化有重要作用，但自然变率可能是主导因素。　　五.外强迫和IPO对1950-2012年东亚夏季风年代际变化的相对贡献。　　利用一个耦合气候系统模式，通过固定观测中的赤道中东太平洋海温异常（IPO热带支）和北太平洋海温异常（IPO北支），并给定历史外强迫，探讨了外强迫、IPO热带支和北支在1950-2012年对东亚夏季风的影响。发现在中东太平洋海温异常给定的情况下，观测中IPO的空间分布和时间演变都可以得到较好地再现。IPO经历了1970年代末和1990年代末的两次位相转变。在第一次转变期间，IPO对全球的气候影响要大于第二次转变，这体现在高低层风场、海平面气压和对流层温度上。进一步地，探讨了IPO对1970年代末WNPSH和东亚夏季风-ENSO关系年代际变化的影响。发现观测中WNPSH在1970年代末后显著偏南。IPO热带支通过调节沃克环流使得西北太平洋热带地区产生下沉运动，位势高度升高。IPO北支通过经向温度梯度触发气旋式环流异常，使得降水增加，位势高度降低。二者共同作用使得WNPSH显著南移。北太平洋经向温度梯度通过触发西风异常对1970年代末东亚夏季风-ENSO关系增强有重要贡献。