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平流层中大尺度经向环流Brewer-Dobson环流(BD环流)在平流层对流层相互作用以及物质能量交换中扮演着非常重要的角色，其变化也与诸多平流层和对流层过程存在联系，且对对流层天气气候有不可忽视的影响。本论文利用多种再分析资料和模式资料，首先分别研究了平流层经向环流和对流层经向环流的变化特征及其影响因子，然后分析了平流层经向环流和对流层经向环流之间的协同变化及其联系，最后讨论了平流层BD环流影响地面气压的一种可能机制。论文的主要结论如下：
(1)首先利用两种再分析资料和两个CMIP6模式的模拟资料，对比了历史和未来不同场景下的中下平流层BD环流上升支宽度和强度的变化趋势。结果表明，在本文研究的历史时段(1979–2014年)几种资料的结果一致表明BD环流强度存在增强的趋势，上升支宽度在下平流层(50hPa以下)变得更窄，在平流层中部(30 hPa–10 hPa)变得更宽。气候模式模拟试验中温室气体增加是造成模式模拟的BD环流强度和宽度变化的主要原因。在RCP8.5情景下(2015–2100年)，两个模式模拟的未来BD环流宽度在下平流层一致变窄，在中平流层趋势相反，行星波活动趋势的差异是造成两个模式模拟的上升支宽度变化趋势存在差异的主要原因。在CanESM5模式中，平流层背景风场影响下的行星波向低纬度的辐合加强造成了平流层各层BD环流上升支的变强变窄，CESM2-WACCM模式中低平流层的结果与CanESM5模式结果一致，中平流层北半球行星波在更高纬度的辐合加强，南半球平流层行星波强迫减弱、中纬度重力波强迫增强，分别造成了两个半球BD环流上升支的变宽。分析还表明，BD环流的整体结构随着对流层顶高度的抬升有所抬升，在对流层顶处向上质量通量仍有增加趋势。
(2)论文接着利用6种再分析资料和6个CMIP5模式的模拟结果分析了Hadley环流强度(HCS)和宽度(HCW)变化之间的联系。分析结果表明，HCS和HCW的长期变化趋势在CMIP5模式中呈负相关关系，但在再分析资料中这种负相关关系并不存在。模式模拟的HCS和HCW的变化趋势与再分析资料中的变化趋势的差异主要是由热带纬向平均势能的产生率G(Pm)的趋势不同造成的。在模式资料中，G(Pm)没有显著的变化趋势，而在再分析资料中有显著的增加趋势，G(Pm)增加趋势掩盖了HCS和HCW的负相关关系。在年际时间尺度上，HCS和HCW的变化在再分析资料和CMIP5模式的模拟资料中都存在负相关关系，两者的协同变化受热带对流层动能变化的约束。
(3)论文进一步利用ERA-Interim和JRA-55再分析资料，研究了平流层BD环流和对流层各纬度经向环流间的相互联系。分析结果表明，下平流层(70 hPa)BD环流的上升支增强伴随着Hadley环流热带上升支的增强、中纬度向极分量减弱、Ferrel环流向赤道偏移。BD环流与低纬度Hadley环流的正相关主要出现在北半球的冬季(DJF)和秋季(SON)，在BD环流最强的两个季节，这种正相关关系可能受全球尺度质量连续性约束。BD环流增强伴随的Hadley环流中纬度向极分量的减弱、Ferrel环流向赤道偏移出现在DJF季节的南半球、DJF季节北半球以及SON季节南半球。其中，在DJF季节的南半球，BD环流和Hadley环流中纬度向极分量的共同变化是在ENSO信号的调节下产生的，以ENSO暖位相为例，南半球30?S附近上对流层下平流层(UTLS)区域急流的增强改变了波传播的环境，向上向赤道传播的天气学尺度波活动(3波以上)增强，使得南半球下平流层出现EP通量辐合异常、上对流层出现辐散异常，造成下平流层BD环流向极分量的增强、中纬度上对流层Hadley环流向极分量减弱。而在DJF季节北半球以及SON季节南半球，BD环流增强伴随的Ferrel环流向赤道的偏移，BD环流和Ferrel环流二者之间的联动变化受环状模信号的调节，BD环流也可在滞后2个月的时间尺度上影响Ferrel环流。
(4)论文最后基于ERA-Interim和JRA-55再分析资料，探讨了BD环流通过影响平流层大气质量的空间分布影响地面气压的一种可能机制。结果表明，地面气压的变化，特别是在中高纬度地区的地面气压变化，与平流层BD环流强度的变化密切相关。当450K等熵面上的BD环流上升支增强时，高纬度地区的地面气压增加(60?至极地)，相邻中纬度地区的地面气压减小。这种相关在北半球的冬季和南半球的春季最为显著，高纬度地区地面气压的变化滞后BD环流异常约30天。平流层BD环流的异常可导致对流层和平流层内大气质量的输送异常，引起大气质量的空间分布异常。BD环流的增强使得极地平流层大气质量增加，进而导致极地地面气压增加，而中纬度地面气压的减小与该区域对流层大气质量的减少有关。
(1)首先利用两种再分析资料和两个CMIP6模式的模拟资料，对比了历史和未来不同场景下的中下平流层BD环流上升支宽度和强度的变化趋势。结果表明，在本文研究的历史时段(1979–2014年)几种资料的结果一致表明BD环流强度存在增强的趋势，上升支宽度在下平流层(50hPa以下)变得更窄，在平流层中部(30 hPa–10 hPa)变得更宽。气候模式模拟试验中温室气体增加是造成模式模拟的BD环流强度和宽度变化的主要原因。在RCP8.5情景下(2015–2100年)，两个模式模拟的未来BD环流宽度在下平流层一致变窄，在中平流层趋势相反，行星波活动趋势的差异是造成两个模式模拟的上升支宽度变化趋势存在差异的主要原因。在CanESM5模式中，平流层背景风场影响下的行星波向低纬度的辐合加强造成了平流层各层BD环流上升支的变强变窄，CESM2-WACCM模式中低平流层的结果与CanESM5模式结果一致，中平流层北半球行星波在更高纬度的辐合加强，南半球平流层行星波强迫减弱、中纬度重力波强迫增强，分别造成了两个半球BD环流上升支的变宽。分析还表明，BD环流的整体结构随着对流层顶高度的抬升有所抬升，在对流层顶处向上质量通量仍有增加趋势。
(2)论文接着利用6种再分析资料和6个CMIP5模式的模拟结果分析了Hadley环流强度(HCS)和宽度(HCW)变化之间的联系。分析结果表明，HCS和HCW的长期变化趋势在CMIP5模式中呈负相关关系，但在再分析资料中这种负相关关系并不存在。模式模拟的HCS和HCW的变化趋势与再分析资料中的变化趋势的差异主要是由热带纬向平均势能的产生率G(Pm)的趋势不同造成的。在模式资料中，G(Pm)没有显著的变化趋势，而在再分析资料中有显著的增加趋势，G(Pm)增加趋势掩盖了HCS和HCW的负相关关系。在年际时间尺度上，HCS和HCW的变化在再分析资料和CMIP5模式的模拟资料中都存在负相关关系，两者的协同变化受热带对流层动能变化的约束。
(3)论文进一步利用ERA-Interim和JRA-55再分析资料，研究了平流层BD环流和对流层各纬度经向环流间的相互联系。分析结果表明，下平流层(70 hPa)BD环流的上升支增强伴随着Hadley环流热带上升支的增强、中纬度向极分量减弱、Ferrel环流向赤道偏移。BD环流与低纬度Hadley环流的正相关主要出现在北半球的冬季(DJF)和秋季(SON)，在BD环流最强的两个季节，这种正相关关系可能受全球尺度质量连续性约束。BD环流增强伴随的Hadley环流中纬度向极分量的减弱、Ferrel环流向赤道偏移出现在DJF季节的南半球、DJF季节北半球以及SON季节南半球。其中，在DJF季节的南半球，BD环流和Hadley环流中纬度向极分量的共同变化是在ENSO信号的调节下产生的，以ENSO暖位相为例，南半球30?S附近上对流层下平流层(UTLS)区域急流的增强改变了波传播的环境，向上向赤道传播的天气学尺度波活动(3波以上)增强，使得南半球下平流层出现EP通量辐合异常、上对流层出现辐散异常，造成下平流层BD环流向极分量的增强、中纬度上对流层Hadley环流向极分量减弱。而在DJF季节北半球以及SON季节南半球，BD环流增强伴随的Ferrel环流向赤道的偏移，BD环流和Ferrel环流二者之间的联动变化受环状模信号的调节，BD环流也可在滞后2个月的时间尺度上影响Ferrel环流。
(4)论文最后基于ERA-Interim和JRA-55再分析资料，探讨了BD环流通过影响平流层大气质量的空间分布影响地面气压的一种可能机制。结果表明，地面气压的变化，特别是在中高纬度地区的地面气压变化，与平流层BD环流强度的变化密切相关。当450K等熵面上的BD环流上升支增强时，高纬度地区的地面气压增加(60?至极地)，相邻中纬度地区的地面气压减小。这种相关在北半球的冬季和南半球的春季最为显著，高纬度地区地面气压的变化滞后BD环流异常约30天。平流层BD环流的异常可导致对流层和平流层内大气质量的输送异常，引起大气质量的空间分布异常。BD环流的增强使得极地平流层大气质量增加，进而导致极地地面气压增加，而中纬度地面气压的减小与该区域对流层大气质量的减少有关。