气候的变化与人类的生产生活息息相关,而以二氧化碳为代表的大气温室气体的浓度、海面温度、冰覆盖率、土地覆盖类型等因子的变化均可能对全球的气候产生影响。直接的观测中包含着所有这些强迫因子所产生的不确定气候效应,无法将每个强迫因子的气候效应区分开。本文采用Liang-Kleeman信息流方法给出了观测中以上各强迫因子与全球各区域内气温之间的因果关系,证明了其它强迫因子对于气温的影响具有和二氧化碳浓度变化同等重要的作用,同时研究结果指出欧亚和北美大陆是气温对于所有强迫因子响应最显著的区域,并利用CAM4.0模式设计了一系列数值试验对这一结论进行了模拟验证。研究结果表明,东亚和北美地区的2米气温场同时受净短波辐射变化的直接影响和大气动力过程的间接作用。其中,₂浓度的升高导致冬季亚洲部分地区的净短波辐射增加,而北美地区减少;以森林减少和农田大量增加为特征的土地覆盖变化导致地表反照率增加,从而辐射减少;冰覆盖面积的减少使反照率降低,因此在高纬度地区净短波辐射增加;海温变化产生的辐射变化较为复杂,冬季北美中部地区增加,亚洲中部增加南部减少,欧洲则在冬季和夏季均呈下降趋势。除了辐射变化所带来的直接影响外,大气动力过程对温度的调整作用也不可忽视。在冬季,土地覆盖类型、二氧化碳浓度、海温以及冰覆盖率的变化都会导致太平洋-北美型遥相关（PNA）出现正位相型的高度场异常,带来北美地区的显著降温;而₂浓度和冰覆盖率的变化则由于引起北大西洋涛动（NAO）负位相型高度场异常的出现,导致了欧洲地区的冷冬现象。在夏季,土地覆盖类型、二氧化碳浓度、海温以及冰覆盖率的变化所引起的北极涛动（AO）正位相型高度场异常的出现,导致了北半球整体偏暖。由于以上大气动力过程的存在,数值试验中土地覆盖类型、二氧化碳浓度、海温以及冰覆盖率的变化均使得从海洋吹向东亚大陆的海风增强,东亚区域内大气水汽含量增多,可降水量增加,从而导致了东亚夏季降水的增加。但是,₂浓度的单独变化却使得东亚区域30°N附近产生明显的下沉气流,并导致该区域降水减少。以上研究揭示了各个强迫因子气候影响的“电容器效应”,并证明了两极的冰覆盖率变化会导致欧洲和北美地区出现冷冬现象,但正如已有观测证明北极南极冰覆盖情况存在不同的时空变化特征,而有关两极地区的冰覆盖变化所导致的气候效应对比却没有明确的结论。因此,本文进一步计算了南、北极冰覆盖率各自与气温的信息流,发现南极冰覆盖率的变化对北半球（特别是东亚与北美地区）气温存在重要影响,并揭示了南极冰覆盖对东亚和北美地区气温影响的动力机制。具体研究结果表明,南北极冰覆盖变化首先会改变低层大气的温度梯度,产生大气的斜压不稳定性异常,导致大气斜压波动异常的产生和上传,这一冰覆盖率的异常信号通过斜压波作用通量与高空大气急流产生波流相互作用并进一步放大,产生经向波动传递,甚至跨赤道的Rossby波传输,从而对另一半球的气温变化产生影响。进一步的CAM4.0数值试验结果表明,由于南极冰覆盖率变化位置位于南半球强西风急流的下方,产生了相对北极冰覆盖对上空急流更加显著的影响,使得南极冰覆盖变化带来了更大的波通量变化响应,并迅速传播至北半球,并引起了东亚以及北美气温的显著变化。