20世纪以来，尽管大气中温室气体的浓度一直在增加，全球近地表年平均温度却表现出显著的多年代际变化，即经历了20世纪早期的全球变暖、20世纪中期的全球冷却、20世纪后期的全球快速增暖和21世纪早期的全球变暖减缓，这主要来源于多年代际气候变率的调控作用。热带海洋是决定多年代际气候变率的重要环节。因此理解热带海温的多年代际变化对研究多年代际的全球变暖加速和减缓具有重要的科学价值和社会经济效应。本论文基于历史观测和再分析资料，结合CMIP5历史模拟试验和控制试验，量化了气候系统内部变率和外部强迫对热带海温多年代际变化的相对贡献及关键的物理机制，并利用完全集合经验模态分解方法评估了气候系统内部变率和外部强迫对20世纪以来两次全球变暖减缓的贡献，进一步设计大气环流模式敏感性试验检测了热带三大洋不同洋盆海温对多年代际全球变暖加速和减缓的作用机理，讨论了热带三大洋海温多年代际变化的原因。主要结论如下:　　一、20世纪以来热带印度洋海温多年代际变化的时空特征及其形成机理　　基于CMIP5中16个气候模式的六组数值模拟试验，包括:全强迫试验、自然强迫试验、人为强迫试验、温室气体强迫试验、气溶胶强迫试验和工业革命前控制试验，定量评估了外部强迫和气候系统内部变率对热带印度洋海温增暖的相对贡献，并讨论了相关的物理机制。观测的海温资料显示1900-1940年热带印度洋增暖趋势大约为0.075K/10yr，空间分布上呈现双峰增暖型;1965-2005年热带印度洋增暖趋势大约为0.13K/10yr，空间上表现为非均匀性的海盆尺度增暖型。最优指纹分析表明1900-1940年热带印度洋海温的双峰增暖型主要是温室气体强迫和自然强迫共同引起的，而1965-2005年热带印度洋海温的非均匀性海盆尺度增暖型主要是人为强迫导致的。气候系统内部变率产生的贡献相对较小。海洋混合层热收支分析发现，在全强迫试验下，大气过程和海洋热传输过程共同引起了热带印度洋非均匀性增温，而向下的长波辐射通量和大气强迫部分的潜热通量放大了热带印度洋海温的增暖。从海气相互作用和海洋动力过程的角度出发，1900-1940年在温室气体和自然强迫共同影响下和1965-2005年人为强迫的作用下，热带印度洋海表风场出现C型反对称流场，减弱了气候态风场，有效抑制了蒸发，使得海洋向大气释放的潜热通量显著减少，从而起到维持热带印度洋海温非均匀性增暖的作用。下沉的海洋Rossby波维持了热带印度洋西南部异常的增暖，激发了热带印度洋海表风场的C型反对称环流场。　　二、太平洋和大西洋海温的多年代际变化及其对全球变暖减缓的贡献　　20世纪以来，太平洋和大西洋呈现出明显的多年代际变化，这主要是气候系统内部变率引起的，表现为太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡，并受外部强迫因子的影响。利用完全集合经验模态分解方法发现，20世纪中期和21世纪早期全球近地表年平均温度均存在全球变暖减缓现象，主要是准60年的多年代际变率(MDV)和长期增暖趋势(ST)相互作用所导致的。多年代际变率主要是气候系统内部变率引起的，主要来源于太平洋和大西洋海洋模态的变化，包括太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡;而长期增暖趋势主要是温室气体排放增加引起的。准60年多年代际变率冷位相产生的冷却效应完全或部分抵消了温室气体引起的增暖效应，从而减弱了全球近地表平均温度的增暖趋势，引起了20世纪以来的两次全球变暖减缓现象。太平洋年代际振荡超前多年代际变率与长期增暖趋势之和(MDV+ST)大约16年，可作为预测全球近地表平均温度多年代际变化的前兆因子。而大西洋年代际振荡几乎与多年代际变率与长期增暖趋势之和同步，可作为预测全球近地表平均温度多年代际变化的指示信号。　　三、热带三大洋海温对多年代际全球变暖加速和减缓的作用机理　　20世纪以来，全球近地表年平均温度表现出上升式阶梯状变化，包括:20世纪早期的全球变暖，20世纪中期的全球冷却，20世纪后期的全球快速增暖和21世纪早期的全球变暖减缓。大气环流模式敏感性试验结果表明:各个洋盆的普遍增暖，尤其是热带三大洋（贡献超过60％），共同引起了20世纪早期和20世纪后期全球变暖的加速，其中热带太平洋的贡献最大，热带大西洋的贡献次之，热带印度洋、南大洋、北太平洋和北大西洋的贡献相对较小，但这四个洋盆各自贡献的总和分别达到约50％和45％。相反，在20世纪中期，热带太平洋的冷却扮演着重要角色，几乎与北大西洋、热带大西洋和北太平洋的冷却效应相当，完全抵消了其它洋盆的增暖，导致了20世纪中期的全球变暖减缓。在21世纪早期，热带太平洋强烈的冷却部分抵消了其它洋盆的增温效应，引起了21世纪早期的全球变暖减缓。此外，CMIP5历史模拟试验显示:20世纪早期热带各洋盆海温的增暖主要是温室气体和自然强迫引起的，观测和多模式集合平均之间的差异可能来自气候系统内部变率、耦合模式的偏差和历史强迫因子的误差;20世纪后期热带各洋盆海温的增暖主要是对温室气体浓度增加的响应，完全抵消了气溶胶和自然强迫的冷却作用;20世纪中期热带太平洋的冷却主要是内部变率引起的，还有一部分贡献是人为气溶胶抵消了温室气体的增暖引起的;21世纪早期热带太平洋的强烈冷却主要是太平洋年代际振荡的冷位相导致的，而其它洋盆的增温主要是外部辐射强迫引起的。