利用NCAR CCSM3.0 IPCC AR4陆面模式（CLM3.0）20世纪气候模拟（20C3M）和21世纪中等排放SRESA1B情景下的气候模拟结果,从空间分布、时间变化以及区域差别等方面进行对比分析,讨论了全球变暖背景下21世纪北半球大气、陆面的水分、热量和积雪等过程的变化特征。主要结论如下：21世纪北半球气温将继续呈上升趋势。在气候变暖的背景下,21世纪北半球大气降水、空气湿度和地面净辐射通量都呈增大趋势。夏季空气湿度和净辐射通量的增大幅度将大于冬季,冬季降水增幅大于夏季。21世纪上半叶大气降水及空气湿度的增幅将大于下半叶,而地面净辐射的增大幅度小于下半叶。在SRES A1B排放情景下,21世纪北半球地面温度仍然呈上升趋势,冬季增温幅度大于夏季,且冬季地面温度的年际变化也比夏季明显。地面温度增幅大体上呈纬向带状分布,由低纬地区向高纬地区逐渐增加。冬季北美地区地面增温幅度强于欧亚大陆,而夏季区域差异并不大。伴随空气温度和地面温度的升高,21世纪北半球陆面地表感热通量也表现为增加趋势；冬、夏季感热通量在21世纪前期略有下降,增加趋势主要发生在21世纪中后期。冬、夏季潜热通量均呈持续增大的趋势,且夏季增幅和增强趋势均比冬季明显。夏季地表土壤热通量呈减小趋势,而冬季土壤热通量的变化趋势不明显。气候变暖背景下,伴随降水率的增加,21世纪北半球陆面蒸发、地表径流量也表现为增加的趋势。平均而言,夏季地表蒸发率的增加比冬季更为明显；而地表径流的增加则以冬季更为显著。土壤含水率总体上呈减少趋势,其中21世纪上半叶的下降趋势比较明显,后期上升趋势相对较弱,冬季土壤水分变化的振幅大于夏季。随着北半球地面温度持续升高,21世纪北半球陆面积雪深度呈下降趋势,且冬季的下降幅度大于夏季。冬季积雪深度的年际变化显著,区域差异明显；冬季北美和欧亚地区都表现为一致的下降趋势,北美地区积雪深度的下降幅度大于欧亚地区；夏季积雪深度在欧亚地区呈现较弱的下降趋势,而在北美地区下降趋势和下降幅度都比较显著。