大西洋经向翻转流(AMOC)在气候系统中有非常重要的作用，它不仅通过向北的热量和淡水输送影响北大西洋高纬度地区局地的气候，而且还能通过大气遥相关影响全球的气候。因此，能否合理的模拟出AMOC的平均态和其年代际变率成为衡量海洋环流模式和海气耦合模式模拟能力的重要指标之一。本论文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家数值模拟重点实验室(LASG/IAP)发展的新旧版本海洋环流模式(LICOM)和海气耦合模式(FGOALS)对AMOC平均态和年代际变率进行数值模拟，评估模式性能改进的原因，并分析其中的物理机制。首先改进了在不同坐标系下AMOC流函数的计算方法，在垂直方向考虑了深度坐标和位密度坐标系，进而又针对经纬网格和三极网格给出不同的计算方法;然后，通过五组敏感性试验，探讨海洋模式水平坐标改变（三极坐标代替经纬坐标）后，AMOC的平均态的模拟差异及改进原因;第三部分利用海洋模式比较计划(OMIP)的海洋-海冰耦合模式（基于三极网格框架下）模拟试验结果，评估和分析了冰洋耦合模式模拟的过去几十年AMOC变率，并与相应的经纬网格下的海洋-海冰耦合模式进行对比，评估模式改进的原因;最后，通过基于经纬坐标的海气耦合模式，分析AMOC的年代际变率及其形成原因。本论文的主要结论如下:　　利用LICOM2.0开展敏感性试验，探讨AMOC对海洋模式动力框架的敏感性。主要基于经纬坐标和三极坐标网格，前者由于经线在极点会聚导致极点奇异性，采用了高纬度纬向滤波和“北极”孤岛;而后者由于北半球极点位于陆地，不需要采用滤波和“孤岛”。结果表明，改变模式的动力框架后，三极网格试验较经纬网格试验的改进主要体现在:首先是模拟的北大西洋深层水(NADW)比经纬试验偏强，且其主体更偏北，在副极地到极地地区上层没有出现虚假的反环流圈;其次是模拟的格陵兰-冰岛-挪威海（GIN海）东部海表温度(SST)和海表盐度(SSS)与观测的偏差减小，低纬度次表层的温度和盐度与观测的差也有减小;最后是模拟的西边界流和GIN海向北的流场增强。三极网格试验改进的原因是其没有使用高纬纬向滤波和北极地形更加真实。由于没有使用滤波，北大西洋副极地地区东西向的温度和盐度梯度加大，向北的地转流增大，更多高温高盐的海水进入到GIN海，加强此处的对流，密度的变化主要是由盐度变化引起。对流加强后，更多深水形成并下沉，当下沉到一定深度后，转而向南输送冷而淡的海水，减弱了低纬度次表层的温度和盐度偏差。另一方面，三极试验的北极地形更加真实，可以合理的模拟出穿极流，副极地到极地地区上层没有出现虚假的反环流圈。对于三组加强滤波的经纬网格试验，与原始的经纬网格试验相比，其模拟的NADW也要偏强，这是由于滤波加强使得纬向温度和盐度梯度减小，更多深水在拉布拉多海堆积，从而也加强了NADW，但是NADW主体所在的位置基本没有发生变化，深水形成也主要位于拉布拉多海，GIN海深水形成非常少。进一步分析表明对温度和盐度分别加强滤波对深水形成的贡献是不同的。在拉布拉多海，对温度加强滤波会使温度增加，抑制对流;而对盐度加强滤波会使盐度增加，加强对流。　　在包含年际变化的大气强迫下，通过两组海洋-海冰耦合模式试验对1960-2009年间的AMOC变率进行了模拟。与单独的海洋模式结果一致，海洋-海冰耦合的三极试验模拟的AMOC比经纬试验偏强，且主体偏北，北大西洋SST和SSS与观测的偏差在GIN海东部有明显改进。不同的是海洋-海冰耦合的三极试验模拟的AMOC最大值比单独的海洋模式要强，SSS偏差在GIN海东部和北大西洋中高纬度偏强。两组试验模拟的AMOC变化可以分为三个阶段:第一阶段为1960至1970年代中后期，AMOC的变化相对比较平稳;第二阶段为1970年代中后期到1990年代中后期，AMOC的变化呈现增加的趋势;第三阶段为1990年代中后期到2009年，AMOC的变化表现为减弱的趋势。在26.5°N，两组试验的变率相差不大，但是在45°N，三极试验模拟的AMOC异常强于经纬试验。三极试验中AMOC的变率与北大西洋副极地的净海表热通量的变化有关。北大西洋副极地地区海洋失去热量，使得海表温度降低，密度加大，副极地涡旋增强，从而使AMOC增强。AMOC增强后，会使得向北的热量输送和盐度输送增加，从而使北大西洋副极地海表温度增加。　　利用FGOALS-s2工业革命前对照试验最后500年的结果，对位密度坐标下的AMOC的年代际变率进行模拟分析。位密度坐标下的AMOC变化有从深水形成区向南传播的过程，且AMOC变率在北大西洋高纬度明显大于北大西洋低纬度和南大洋。FGOALS-s2模拟的AMOC周期约为70年，这个低频振荡主要是由与AMOC变化相关的温度和盐度的变化与海表风场之间的相互作用引起，具体机制如下:GIN海有异常强的海表风场，导致蒸发增强，继而使海表盐度增加，深水形成增多，从而使AMOC增强。AMOC加强后，会使得向北的热量和盐度输送增加，减弱此处的经向温度梯度，使风场减弱，从而完成位相的反转。FGOALS-s2模拟的AMOC变率为一种单独的海洋模态，伴随着密度异常平流输送到深对流区引起AMOC发生振荡。