由于观测资料的缺乏,高空大气温度长期变化趋势的研究一直是困扰气候学家的一个问题,也是气候研究的重点和难点。卫星观测资料覆盖全球,在很大程度上弥补了探空资料空间分布不均匀的问题。20世纪60年代后期,随着TIROS-N等一系列极轨气象卫星投入使用,卫星微波温度资料已经积累了长达35年的高空大气亮温观测资料。本文使用1978～2013年间美国大气海洋局NOAA研发的STAR V3.0版本的MSU/AMSU-A逐月亮温格点数据,通过引入集合经验模式分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD),重点研究了高空大气亮温的非线性变化趋势,尤其注重亮温气候趋势的时间演变特征,并与传统线性拟合(Classical Linear Regression, CLR)方法做了对比研究。结果表明：使用CLR方法计算的线性变化趋势显示,全球平均的对流层中层大气亮温增暖速度为0.11 K/10a,对流层高层增暖速度为0.04 K/10a,平流层低层的降温速度为-0.31K/10a。通过EEMD方法计算的全球平均非线性变化趋势显示,2000年以后增温明显趋缓甚至停滞,增暖停滞主要发生在北半球对流层中层。而南半球对流层中层温度仍在升高。纬向平均亮温的线性与非线性变化趋势显示,变暖在各纬度带分布并不均匀,对流层两级的温度变化幅度远大于中低纬度地区。近10年,北半球变暖的强度和范围都有所减小。南极地区对流层中层和平流层低层由原来的变冷逐渐转为变暖趋势。平流层降温主要发生在中低纬度地区。全球亮温非线性趋势的时-空演变特征表现为：北半球,北极增暖从上到下贯穿整层大气,但近10年增暖趋缓,且上下层发生增暖停滞的时间并不完全一致。平流层变冷在中纬度地区最强,变冷趋势影响下层大气使得近年来对流层中纬度地区也出现局部变冷的趋势。北极增暖停滞以及平流层在亚欧大陆中部和太平洋靠近美国西海岸上的两个区域的变冷对近10年全球平均温度趋势呈现增暖停滞由主要贡献。而南半球,在对流层中层南极极区中心位置近几年变暖显著,中纬度地区存在弱变冷,低纬度地区受北半球大气影响变暖。对流层高层和平流层低层大气早期南极有变冷趋势,但在极区外围有独立增温,近10年南极增温范围迅速扩大,几乎覆盖整个南极大陆。计算高空大气温度非线性趋势的瞬时变化速度发现,从2003年左右开始,对流层在南北太平洋上空出现大范围速度负值区,变冷的速度仍在加快,估计未来几年对流层变暖停滞仍将持续一段时间。平流层低层北半球中纬度地区和太平洋上空平流层变冷不再加深,而北极变冷将进一步加剧。相比传统方法,EEMD方法能够给出温度变化趋势随时间的演变,为短期气候变化和气候变率的研究提供了极大的方便。