全球平均表面温度（GST）呈现出阶梯状的演变过程,其中包括加速变暖期或变暖减缓期。与20世纪后期的升温加速相比,GST的增暖趋势在2003-2012年有所放缓,这段时间被称为全球变暖减缓或者停滞。这种现象并不是一个单一的事件,从1850年以来的观测资料显示,在GST历史的演变过程中也出现了几次增暖减缓的趋势。而最近的这次增暖减缓引起了国际社会的广泛关注。气候学者们就增暖减缓的原因,机制和可能的影响结果给出了不同的解释。例如其是否是由于外部强迫相互抵消的结果（如火山和污染气溶胶和平流层水蒸气）,还是因为海盆的内部（太平洋,印度洋或大西洋）自然变化引起的。本文严格地审查了已有的观测记录,分析和解释,提供了气候耦合模型的相关分析,对海洋表层信号进行分类,并将其与海洋内部信号产生的效应相结合进行分析阐释。本论文的第一部分主要研究气候变化的表层信号,即全球平均表层气温GST的历史演变以及GST在不同时间尺度上变化的主要驱动力。首先,应用经验模式分解（EEMD）方法,将GST分解为不同时间序列的信号。其年际信号IAV包含所有周期＜8年的信号;年代际信号IDV包含9-20年的信号;多年代际MDV包含60-80年的信号;还有一个非线性长期趋势ST。GST中的年际和年代际信号是与太平洋的ENSO变化相关联的信号。而多年代际信号则与大西洋多年代际涛动（AMO）相关。为了评估历史记录中太平洋,大西洋和外部强迫在GST中调制作用,本文用一套气候耦合模型进行对比分析。结果显示,GST在年际和年代际时间尺度上变化的主要驱动力来自于太平洋。大西洋也可以通过大气遥相关调制对GST在年代际上的变化。外部强迫主要是对GST的多年代际变化进行调节。其中大气气溶胶是主要贡献者。这部分进一步研究了,较长的气候增暖减缓期,约30年（1945-1975年）,主要是由GST多年代际信号引起的,而相对较短的气候增暖减缓期（例如最近的2003-2012年）是由GST的年代际信号控制的。本部分的研究发现对于学者们争论大西洋还是太平洋在调节气候变化起关键作用这一议题有重要意义。本论文的第二部分集中在分析南大洋增暖的机制。很多研究发现最近的表面变暖放缓与深海变暖加快有关（＞700 m;Balmaseda等,2013）。特别是,在长达十年的全球表面变暖放缓（2003-2012）和早期Argo时期（2006-2013）,南半球海洋经历了快速变暖。本文中,通过分析最新的观测结果发现南大洋的这种迅速变暖的速度有所减缓,导致南半球海洋对全球海洋储热的贡献较小。例如,在2006-2019年期间,南大洋的贡献约占65%。观测显示,在2013-2019年期间,印度洋东南部SEIO和南太平洋SPAC这两个变暖的热点区域呈现出变冷趋势。这种年代际增暖变化与南半球环模（SAM）和年代际太平洋涛动（IPO）的变化有关。分析结果显示,中纬度西风的变化会引起的等密度面的加深（变浅）,从而影响海洋温度的变暖（变冷）。本部分的研究结果展示了年代际变化如何调节长期气候变化,并为正在进行的年代际预测系统校准提供了重要的观测信息。在第三部分中,本论文进一步探讨了太平洋强迫如何增强21世纪初期南大洋的快速变暖。通过使用CESM-LE和CESM Pacific Pacemaker（CESM-PAC）气候耦合模型实验,本论文深入阐释了外部强迫作用和与东太平洋海温变化相关的内部强迫的贡献,以及太平洋海温变化对南大洋OHC变化的影响机制。与海洋再分析数据一致,热带太平洋强迫信号可以再现明显的拉尼娜现象,如南印度洋SEIO和南太平洋SPAC的变暖以及东太平洋的变冷。据估计,在南大洋中纬度地区,增暖峰值的约1/3是受热带太平洋强迫（通过太平洋遥相关）控制。相反,CESM-LE模型结果显示的外部强迫只能产生长期均匀的变暖趋势,表明热带太平洋强迫是2003-2012年南部海洋快速变暖的主要驱动力。此外,本论文应用经验模态分解EOF来分解出南半球海洋热变率的主导模态。提取的第一模式的方差为24%,是与热带年代际太平洋涛动（IPO）相关的模态,与CESM-PAC分解出的第一模态一致。第二模态与SAM有关。基于这两种模态,本论文进一步研究了SAM和IPO对近期自2013年以来南海变暖减缓的调制作用。本论文调和了学者们关于GST的演变是由外部强迫,大西洋还是太平洋起关键作用的争论。并进一步研究了太平洋年代际涛动（IPO）与南半球环形模式（SAM）在南大洋变暖的年代际变化中的调制作用。我们的研究为正在进行的年代际预测系统校准提供了重要的观测信息。