近百年来，全球气候经历了以变暖为主要特征的显著变化，对自然生态系统和人类社会造成了深远影响，加剧了社会经济可持续发展与人类和生态系统之间的矛盾。为有效控制温室气体排放以应对气候变暖，2015年的《巴黎协定》提出了“把全球平均气温较工业化前增幅控制在2℃以内，并尽最大可能限制升温幅度在1.5℃以内”这一目标。特别需要指出的是，世界银行于2012年发布了一份有关未来4℃全球变暖情景的特别报告，明确指出:当全球升温相对于工业化前达到4℃时，将会发生更多破纪录的热浪、洪水和严重干旱等极端事件，对自然生态系统和人类社会造成严重威胁。基于以上认识，本文利用国际耦合比较计划第五阶段(Coupled Model Intereomparison Project Phase5，CMIP5)全球气候模式在典型浓度路径(Representative Concentration Pathway，RCP)下的数值试验，从信噪比（气候变化信号与气候系统噪音的比值）角度预估研究了不同升温水平下平均和极端气候的变化;并且，就对人类和生态系统威胁较大的极端事件，进一步探究了极端事件变化与全球变暖强度之间的关联。
　　本文的主要结论如下:
　　(1)相对于工业革命前期全球平均温度上升1.5℃时，中国年和季节增温都表现为由南向北加强，区域平均分别为1.8℃和1.6～2.1℃，其中冬季增温最强;年和季节温度的增幅均超过其自然内部变率，区域平均的年和季节温度信噪比分别为3.4和1.6～2.7。年和季节降水在青藏高原和中国北方增加，在华南减少，中国平均增加1％和0.1～5％;降水变化均小于自然内部变率，区域平均年和季节降水信噪比仅为0.1和0.01～0.2。在额外的0.5℃升温情景下，中国温度升高、降水总体增加。
　　(2)根据39个CMIP5模式RCP8.5情景试验的中位数，4℃全球变暖发生在2084年，届时全球温度和极端暖事件明显增加，冷事件减少。年和季节温度信噪比在低纬较大，全球平均值分别为9.6和6.3～7.2;暖事件信噪比高值区出现在低纬，冷事件信噪比全球分布不均，全球平均的极端温度事件信噪比绝对值为2.0～8.7。降水和极端强降水事件主要在副热带减少，在高纬增幅较大并超过其自然内部变率;连续干日主要在副热带增加，但小于自然内部变率。全球平均的年和季节降水变化（信噪比）分别为5％和3～6％（0.5和0.3～0.4）;强降水量、强降水天数、降水总量、最大5天降水量和降水强度分别变化61％、58％、17％、16％和10％，信噪比分别为1.0、0.4、0.6、0.6和0.9;连续干日变化4％，信噪比为0.1。
　　(3)在25个CMIP5模式的RCP8.5情景试验中，全球陆地和区域平均的冷夜、冷昼变化和全球平均的暖夜变化均与全球变暖强度呈显著的非线性相关关系;暖夜和暖昼分别仅在低纬和东南亚非线性增加;均表现为在全球变暖早期变化更快，在后期趋于平缓。冷夜、冷昼、暖夜和暖昼在低纬对全球变暖敏感性更大;最冷夜温度和最暖昼温度在中高纬敏感性较大;在敏感性较大的区域，模式离差亦偏大。全球陆地和区域平均的极端降水随全球变暖加剧而呈线性变化;不同指标对全球变暖强度的敏感性不同，且存在区域差异。极端强降水事件主要在高纬随全球变暖加剧线性增加，且敏感性较大;模式离差在低纬更大，且随升温加剧而模式间离差增大。
　　(4)在2℃(4℃)全球升温水平下，相比于工业革命前期，全球陆地降水增加0.02％(3％)，潜在蒸散发(PET)增加6％(15％)，干燥度指数(降水与PET的比值，AI)减少0.1(0.2)。总体上，干旱在北半球高纬增加更明显，降水和PET亦是如此;冬季干旱化程度最强，夏季最弱。旱地扩张最大的是半干旱区，其次是干旱区，在2℃(4℃)全球升温时，其面积变化分别为4％(7％)和3％(4％)。分析表明，PET在北半球中纬和高纬对AI的变化起关键作用，降水主要在低纬起调控作用。PET对AI的贡献百分比随升温加剧而增加;热力因子对PET变化的贡献最大，全球变暖加剧，热力因子的贡献增加，动力因子的则减弱。与2℃相比，4℃升温水平下陆地系统和人类社会将遭受更严重的干旱。