气候系统的记忆性特征和响应外强迫影响已成为研究全球气候变化备受瞩目的科学问题。气候系统记忆性特征是系统各影响因子间多尺度相互作用的结果,外强迫表现为外部条件迫使系统调整但不改变系统初始过程的影响。气候系统内部和外部因子间复杂的相互作用为预测气候变化带来了极大的挑战。为深入了解地球气候系统记忆性特征和响应外强迫影响,进而更好构建复杂的耦合气候模型,提高未来预测气候变化的能力,本文在诊断气温和降水长期记忆性特征的前提下,利用分数阶积分统计模型FISM,结合观测资料订正中国区域重建降水的记忆性特征,评估CMIP5年代际后报试验中国区域气温记忆性和强迫项的模拟能力,考察不同场景历史试验辐射强迫和模拟气温响应变化间的定量关系。主要结论如下:诊断中国气象站点近70年观测资料发现,多数站点气温具有显著的记忆性特征,但降水无明显的记忆性特征;分析中国区域近50年观测资料发现,东北和西南区域气温存在显著的强记忆性特征,长江以南和西北区域气温记忆性弱,而中国大部分区域降水不存在显著的强记忆性特征;利用全球尺度近30年观测资料分析发现,海表气温具有强记忆性特征,陆地气温记忆性特征较海表气温记忆性特征弱,部分陆地区域气温记忆性不显著,然而,全球多数区域降水的记忆性特征弱,其特征近似随机过程。通过诊断中国过去530年重建降水资料发现,中国西部、华北、南方和东北部分区域显著高估降水记忆性。对照代用数据的记忆性特征,重建降水资料记忆性显著高估的来源为树轮记录。利用FISM模型结合观测降水记忆性特征,订正重建的降水资料,订正后中国西部、华北、南方和东北区域降水的记忆性得到矫正,但是西部平均降水序列的记忆性依旧显著过高。通过分析观测和重建资料连接度的差异,订正后西部平均降水序列记忆性高估的原因为:采用插值方法处理的树轮信息在区域平均后表现出低频持续性特征。评估CMIP5年代际后报试验11组模式中国区域气温记忆性模拟能力发现,4个模式显著高估西北区域记忆性,6个模式显著高估东北区域的记忆性,11个模式显著低估中国西南气温长期记忆性,但9个模式对东部和长江以南区域模拟较好。采用泰勒图和模式技能评分评估表明,年代际后报试验不能很好再现中国区域观测到的气温长期记忆性特征。评估年际尺度气温强迫项的模拟能力,CCSM4、Can CM4和MPI-ESM-LR模式存在一定预报能力,中国多数区域同号率都在60%以上,多模式平均结果表现更佳,年代际后报试验模式对气温强迫项具有潜在可预报性。通过FISM模型结合CMIP5不同场景历史试验辐射强迫和气温响应变化间的定量关系发现,气温强迫项是对外强迫影响的直接响应,试验明确了模拟气温记忆性的主要来源为外强迫的影响。自然强迫因子及其组合影响全球平均气温及其强迫项序列表现在短期时间尺度上,世纪尺度并无明显增暖或变冷趋势。从人为强迫因子试验结果来看,过去155年,全球平均气温强迫项增温与变冷趋势比值变化约1.1至1.6倍之间,但考虑模式模拟气候系统记忆性情况时,趋势比值增加到1.6至3倍左右。过去155年,中国平均气温强迫项增温与变冷趋势,比值约2倍左右,然而,中国平均气温响应人为强迫因子的影响,趋势比值约1.5至2.6倍左右,其不确定度范围变大。