Hadley环流是热力作用直接驱动的大尺度环流，它是三圈环流的重要组成部分。Hadley环流在维持全球热量、水分和角动量平衡方面发挥着重要作用。因此，开展不同气候背景下（中上新世，20世纪和未来预估）Hadley环流变化其气候影响的模拟研究，对于全面理解Hadley环流变化的物理机制及可能的气候影响具有重要意义。本文首先基于现有的再分析数据并借助数值模拟手段，揭示了不同时间尺度Hadley环流变化的“观测”特征及其机理分析。在此基础之上，基于与中上新世模拟结果的比较分析，揭示了未来预估情景下Hadley环流的可能变化特征及相应的物理机制。主要结论如下:　　一、揭示了近30年DJF Hadley环流强度和边界年际变化的主导模态　　首先基于四套再分析资料(NCEP1，NCEP2，ERA-Interim，JRA25)揭示了决定1979-2008年DJF Hadley环流强度和边界年际变化的主导模态，其在空间上呈现经向非均匀变化特征:热带偏强，副热带偏弱。DJF局地Hadley环流（欧亚大陆Hadley环流、太平洋Hadley环流、中美洲Hadley环流和大西洋Hadley环流）年际变化主导模态的纬向叠加决定了DJF Hadley环流年际变化主导模态的非均匀分布。因此决定DJF Hadley环流强度和边界年际变化特征的主导模态实则反映了上述局地Hadley环流年际变化的主导模态与Hadley环流强度和边界年际变化的一一对应关系:DJF Hadley环流强度的年际变化取决于DJF太平洋局地Hadley环流年际变化;DJF Hadley环流南、北边界的年际变化则依次取决于中美洲Hadley环流和大西洋Hadley环流、欧亚大陆Hadley环流的年际变化。分析表明，近30年DJF Hadley环流、局地Hadley环流年际变化均是由ENSO驱动的。多模式集合平均的AMIP模拟结果较好地再现了近30年DJF Hadley环流年际变化的观测特征，尽管AMIP模拟的DJF Hadley环流南边界的年际变化与ENSO相关较之观测偏弱。　　二、揭示近30年El Ni(n)o发展年和衰减年JJA Hadley环流年际变化的主导模态及其与EASM年际变化的联系　　基于四套再分析资料(NCEP1，NCEP2，ERA-Interim，JRA25)分析揭示了1979-2008年El Ni(n)o发展年和衰减年JJA Hadley环流年际变化的两个主导模态。JJA北半球Hadley环流圈(NHC)年际变化是由东亚夏季风(EASM)年际变化决定的。El Ni(n)o发展年和衰减年JJA截然不同的EASM年际变化特征，使表征NHC年际变化的前两个主导模态表现出截然不同的空间分布。El Ni(n)o发展年和衰减年JJA南半球Hadley环流圈(SHC)年际变化的主导模态依次取决于(30°S-20°N，110°E-180°)和(30°S-20°N，160°E-120°W)这两个区域局地Hadley环流的年际变化，并分别使SHC呈现整体一致变化和区域变化明显的空间分布。CMIP5模式AMIP试验的模拟结果表明，HadGEM2-A(CCSM4、CESM1-CAM5、CMCC和MIROC5)可以再现1979-2008年El Ni(n)o发展年(衰减年)JJA Hadley环流年际变化的主导模态。鉴于Hadley环流上升支是由热带非绝热加热驱动，模拟偏差分析表明，在历史海温驱动下，可模拟出El Ni(n)o发展年(衰减年)JJA Hadley环流年际变化而未能合理模拟El Ni(n)o衰减年(发展年)JJA Hadley环流年际变化的模式，源于该模式AMIP试验模拟的El Ni(n)o衰减年(发展年)JJA热带非绝热加热较之再分析有差异。　　三、1950s以来DJF Hadley环流强度和边界的长期变化特征的机理分析　　基于七套再分析数据(NCEP1，ERA40，20CR，JRA55，NCEP2，ERA-Interim和JRA25)揭示了1951-2008年DJF Hadley环流强度和边界的长期变化特征与同期海温长期变化的联系。分析指出，全球大洋升温和太平洋年代际振荡(IPO)均可影响DJF Hadley环流强度和边界的长期变化，并使之表现出不同的长期变化特征。全球大洋非均匀升温通过增加南半球中纬度大气静力稳定度、抑制斜压不稳定波动，使1950s以来Hadley环流南边界有显著的极向扩展。IPO则通过影响年际尺度上DJF Hadley环流边界与ENSO的关系，使北边界有明显的年代际振荡特征。不同再分析数据刻画的DJF Hadley环流强度变化的长期趋势存在较大不一致性，并据此将其分为两类:增强趋势明显(NCEP1，ERA40，20CR，JRA55和JRA25)和不明显(NCEP2，ERA-Interim)。这种不一致实则反映了两类再分析资料各自提取了全球大洋升温和IPO对DJF Hadley环流强度长期变化的不同作用。　　四、1951-2010年JJA NHC边界的极向扩展源于EASM的长期减弱　　基于NCEP1再分析资料揭示了表征1951-2010年JJANHC极向扩展的主导模态，其在空间上呈现经向非均匀分布:[20°N-30°N]偏弱，[30°N-45°N]偏强。EASM和NHC-EASM(扣除EASM后的纬向平均)二者变化符号相同、强度分布存在经向差异的空间特征，二者纬向平均决定了近60年JJA NHC长期变化主导模态的经向非均匀分布。这在表征Hadley环流变化特征的另一常用指标—经向风垂直切变(V100-V850)亦有明显的体现。基于经向风垂直切变(V100-V850和V850-V100)分别定义了表征NHC-EASM和EASM变化的新指数。全球大洋升温特别是热带大洋升温使NHC-EASM区对流层大气经向非均匀升温，并由此产生减弱NHC-EASM的压力梯度。EASM区大气经向非均匀升温，特别是气溶胶局地冷却效应显著改变了EASM大气经向热力对比和海陆热力对比，并由此形成减弱EASM环流的压力梯度;EASM长期减弱有利于NHC边界向极扩展。　　五、年平均Hadley环流的预估特征:强度减弱和边界向极扩展　　基于与中上新世暖期气候(距今3Ma)模拟结果的比较分析，明确了年平均Hadley环流在预估情景下(RCP4.5)可能的变化特征:Hadley环流强度在北半球热带地区均减弱，其边界均有明显的极向扩展。大气CO2浓度增加导致的热带对流层高层显著升温，通过增强热带大气静力稳定度、抑制对流，减弱了年平均Hadley环流。此外，大气CO2浓度增加导致的对流层高层经向非均匀升温，增强了对流层高层赤道-极地的经向热力对比，由此加强了对流层高层赤道-极地的大气压力梯度，并通过增强热带大气质量向热带外地区的输送，使年平均Hadley环流边界向极扩展。考虑到对流层高层的经向非均匀升温随CO2浓度增加而线性增强，这与RCP4.5(543ppm)预估的年平均Hadley环流在北半球热带地区的减弱较之中上新世(405ppm)偏强、其南北边界较之中上新世(405ppm)亦有更强的极向扩展相吻合。地质历史上与当今比较接近的中上新世暖期模拟的Hadley环流变化，的确可视为其在未来预估情景下可能变化的一个有效类比。