近百年，地球气候系统正在经历以变暖为突出标志的全球变化，正在并将持续对自然和人类系统带来诸多影响。因而，亟需科学预估未来气候变化，为社会经济可持续发展提供科学基础，为国际气候变化谈判提供科学支撑。本文在最新的典型浓度路径(RCPs)情景下，首先从信噪比(气候变化信号与其自然内部变率的比值，缩写为S/N)的角度预估了2℃全球变暖时，全球与中国的平均和极端气候变化。而后预估了21世纪我国温度、降水和极端气候事件变化超出其自然内部变率的时间(缩写为ToE)，并给出不确定性范围。最后，在耦合模式比较计划第5阶段的框架下利用通用地球系统模式CESM1.0.4，瞬变模拟1850～2100年的全强迫试验、无土地利用变化试验和仅土地利用变化试验，探讨了RCP4.5情景下外强迫变化与外强迫固定两种条件下土地利用变化气候效应的差异。　　本文的主要结论如下:　　(1)以工业化革命前期为参考时段，全球平均温度升高2℃时，相对于自然内部变率，全球局地温度和极端暖（冷）事件显著增加（减少）。低纬信噪比大，全球年（季节）增温幅度是其自然内部变率的5(3～4)倍，全球陆地平均极端温度事件信噪比绝对值为1.2～7.8。仅部分北半球高纬的秋冬季降水、极端强降水和降水强度显著增加。全球平均年降水增加0.9％，信噪比仅为0.2;全球陆地平均极端降水事件信噪比为0.02～0.4。　　(2)2℃全球变暖时，我国年（季节）增温比同期全球平均高0.6℃(0.4～0.8℃)。以1986～2005年为参考时段，相对于自然内部变率，全国温度和极端暖（冷）事件显著增加（减少）。北方和青藏高原增温幅度最大，尤其是秋冬季;青藏高原北部和东部以及云南西北部温度信噪比最大，特别是夏季。年增温及其信噪比的区域平均值的模式中位数及[5％～95％]置信区间分别为2.1[1.1～3.2]℃和4.0[1.9～6.3];极端温度事件信噪比的绝对值为0.9～6.2。全国年降水和极端湿事件不显著增加、南方极端干湿事件均不显著增加。区域平均年降水变化及其信噪比分别为7％[-9％～29％]和0.4[-0.5～1.6];强降水量、最大5天降水量、连续干日、降水强度和降水总量百分比变化分别为25％、8％、-3％、5％和8％，相关信噪比范围为-0.1～0.5。季节上，除了东南部春季、西北部夏季、长江中下游秋季和西南部冬季降水不显著减少，我国大部降水不显著增加;冬季极端降水事件百分比变化幅度、信噪比及其不确定性范围均大于其他季节。　　(3)以1986～2005年为参考时段，相对于自然内部变率，中高辐射强迫路径下21世纪全国温度和极端温度事件出现显著变化。信号最早出现在青藏高原，S/N＞1.0时温度信号最早在2006～2009年出现，霜冻日数、生长季长度和最暖昼温度、最冷夜温度依次在2030年前出现，尤其是夏秋季。ToE不确定性最小有17年，最大超过85年。RCP8.5情景下，降水和极端降水事件信号出现在我国西部和长江以北的东部地区，S/N＞1.0时最早于2060年附近出现于青藏高原，特别是冬春季。RCP4.5情景下仅降水信号出现于青藏高原东北部。21世纪南方降水一直没有显著变化信号出现。一般ToE出现早的地区或季节，其模式之间不确定性也小。　　(4) RCP4.5情景下2081～2100年相对于1986～2005年的土地利用变化整体与历史时期1986～2005年相对于1850～1869年的土地利用变化相反。外强迫变化和外强迫固定下的两种土地利用效应的差别主要表现为前者在高纬度的北美东部、欧洲北部和东亚东北部存在显著的雪—地表反照率反馈过程，即这些地区雪盖增加，地表反照率增加，使得地表显著降温，尤其是在北半球春季和秋季;前者在西亚等降水少的地区蒸散发显著增加、在北美东部和欧洲南部水汽辐合使其降水增加。外强迫变化下的土地利用效应使全球陆地平均年温度减少0.16℃，降水增加0.01 mm d-1。