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海冰作为气候系统的一个重要成员，受到了越来越多的关注。极地地区存在着一个“海冰——反照率”的反馈机制，对全球变暖具有放大的作用。最近37年的观测表明，北极海冰覆盖面积和质量都正处在加速缩减之中。本文总体目标是通过对南北极海冰变化进行从观测数据、离线海冰模拟、及耦合模式模拟结果等的分析，以期了解南北极海冰变化的特征，并评估中国科学院气候系统耦合模式CAS-ESM对海冰的模拟能力。 首先，本文对1979年～2015年的海冰变化进行了分析，认识了全球变暖背景下北极和南极海冰年际变化、年际波动、季节变化的基本特征。研究发现:(1)北极夏季海冰1979～2015年有明显的下降趋势，37年间海冰覆盖度下降约3.22×1012m2，每十年减少近10％。而且呈现出加速下降的趋势，特别是1997～2012年这15年期间海冰覆盖度下降大于20％。(2)在全球变暖的背景下，海冰呈现出下降趋势增大和波动增大两个特征。 然后分别单独运行美国Los Alamos国家实验室的海冰模式CICE两个版本CICE4.0和CICE5.0，模拟了1948～2009年的海冰变化。并与英国Hadley中心海冰再分析资料作对比，评估了海冰模式CICE两个版本CICE5.0和CICE4.0对海冰变化的模拟效果。本文设计并运行了5组实验，包括含EVP动力学、含EAP动力学、和不含动力学的CICE5.0版本的3组试验，和含EVP动力学和不含动力学的CICE4.0版本的2组试验。研究发现:(1)含EVP动力学的CICE5.0版本的试验，模拟的北极夏季海冰1970～2009年变化趋势为每十年减少5.85×1012m2，跟观测结果（每十年减少6.19×1012m2）很接近;而含EVP动力学的CICE4.0版本的试验模拟的变化趋势为每十年减少4.70×1012m2，跟观测差别相对较大;含EAP动力学的CICE5.0版本试验模拟的变化趋势为每十年减少3.45×1012m2，该试验与观测相比，严重低估了北极夏季海冰面积的下降趋势。含EAP动力学的CICE5.0版本试验与观测值的相关系数最大（达0.817），含EVP动力学的CICE5.0版本试验也达0.742，含EVP动力学的CICE4.0版本试验最小（为0.653）。(2) CICE4.0和CICE5.0两个版本都能较好的模拟出海冰的季节变化。(3) CICE5.0模拟的北极夏季海冰体积变化趋势为-2.03×103km3/dec，比CICE4.0模拟的海冰体积变化趋势-0.66×103km3/dec更加接近Schweiger等的结果-2.8±1.0(103km3/dec)。另外，研究发现海冰模式模拟的体积下降趋势（每十年-12.1％）大于海冰覆盖度的下降趋势（小于每十年-8.0％）。整体来说，CICE新版本CICE5.0比CICE4.0模拟效果更好。 最后，利用中科院地球系统模式CAS-ESM，进行CMIP模式比较计划的piControl试验，并对模拟结果作了简单分析。模拟结果显示，CAS-ESM海冰模式分量模拟的海冰面积大约在25年达到准平衡。此后175年间（25～200年）仅仅增加了1.6×1012m2（增加22.8％），增长速度大约为每十年增加1.3％。CAS-ESM模拟的海冰体积也大约25年达到准平衡，此后175年仅增加了3.6×103km3（增加31.3％），增长速度大约每十年增加1.8％。另外，CAS-ESM能很好模拟出海冰的季节变化。总体而言，CAS-ESM对海冰具有很好的模拟效果。