研究北半球过去千年地表温度演变对于认识历史时期气候变化的物理过程与机制、评估现代暖期的历史地位以及预估未来气候变化至关重要。针对已有研究在利用气候模式模拟与代用资料重建方面对于不同分辨率代用资料以及不同时间尺度信息处理方面存在的问题,本研究旨在从多尺度视角出发,利用以树木年轮为主的代用资料与多模式的模拟结果,采用典型时间尺度信息提取并结合最优插值的同化技术,实现了对地表温度时空变化的重建与融合。主要结论包括以下几个方面,1)本研究基于多尺度分析思想,提出基于典型尺度分离标定手段的空间场重建方法,理想试验证明了在保证长时间尺度变率不被低估的情形下,可以获得较直接标定更好的温度变率特征。2)基于最优插值方法融合树轮年表后的结果(以北美地区为例)较模式模拟与树轮年表标定结果误差大约下降0.3~0.5°C左右,证明了融合方法的优越性。3)利用多气候模式多样本的模拟结果与多种代用资料分别在年际、年代际、多年代际以及百年际四个典型尺度上实现了数据融合,重建了两套不同分辨率的北半球过去千年地表温度变化数据集。独立验证试验表明多尺度融合方法是有效的,与器测数据相比年际与年代际平均误差分别可以下降约0.17℃和0.11℃。4)本研究认为年际变率分量可以分担至少60%以上的误差方差,因而融合具有较好年际变率的树轮代用资料对于提升整体的融合效果更加重要。5)北半球融合数据集显示20世纪以来的全球变暖在近千年尺度上无论在强度还是空间范围方面都是最显著的,较典型小冰期时段平均地表温度上升约0.36℃以上。同时,融合温度数据集对火山活动响应的估计可以在一定程度上弥合代用资料重建与模式模拟结果之间的差异。6)引入正向模型重建青藏高原东南部逐月温度的理想同化试验表明平均逐月温度误差可减小约0.2~0.6℃。本研究所倡导的多尺度重建与融合方法是将代用资料与气候模式相结合的新尝试,可以为深入探讨代用资料与气候模式共同揭示历史时期气候变化提供方法借鉴和事实依据。