本论文通过CRUTS3.1的1901-2009年全球格点高分辨率温度和降水资料,分析了全球不同降水分区平均地表气温的变化趋势,研究发现,增温最显著的区域主要位于北半球中高纬半干旱区,该地区的增温速率要明显高于全球其他区域,对全球变暖的贡献也占主要地位,而且这种强化增温的现象在冷季更加明显。以此为切入点,本论文通过全新的非线性趋势定义方法（EEMD）,进一步研究了全球地表气温长期变化趋势的演变特征；分析了北美和欧亚大陆地表干湿变化的差异,以及与强化增温的关联；最后,对于大多是作为距平参照系从原始资料中被剔除的年循环分量,本论文利用EEMD方法定义了全球格点地表气温幅-频调制的年循环,分析了半球中高纬干旱半干旱区地表气温年循环振幅在不同时间尺度上的变化特征,及其变化趋势的演变特征,并探讨地表气温年循环与北半球中高纬干旱半干旱区强化增温的关联。主要研究结果如下：（1）全球陆地整体自1900年至今在不断变暖。变暖最先开始于北半球的高纬度和副热带地区,随后南半球副热带地区开始增暖。然而,自1900年至今累积变暖最剧烈的区域,是位于北半球中高纬地区的生态系统极为脆弱的干旱和半干旱区域,位于该区域内的亚洲、欧洲和北美大陆则经历了自1990年至今最为剧烈和快速的增暖。相应地,增温速率在各个地区都不同,在1950年之前,增温和降温的区域同时存在,在接下来的三十年中,降温的区域开始收缩,并且大部分降温的区域转变为增温的区域,增温开始加速。到了1980年,除了格林兰岛的小片区域和安第斯山脉附近的区域外,几乎全球所有的区域都在增温,并且增温的速率自此之后并没有发生明显的变化。最近几十年增温速率最大的区域也是在北半球中高纬的干旱半干旱区,达到了每10年增温0.4摄氏度。（2）通过对PDSI指数和AI指数使用不同趋势定义方法进行对比研究发现,二者长期变化趋势的空间结构基本一致,均能很好地体现地表干湿变化的特征：通过PDSI指数发现,北美和欧亚大陆1950-2008年冬季降水并无显著变化趋势,地表干湿状况的变化受地表温度变化的影响更大,尤其是在冬季增温最为剧烈的北半球中高纬地区,地表变干的趋势也更为明显；通过AI指数发现,在全球变暖的大背景下,全球陆地大部分地区存在变干的趋势,不同空间尺度干湿变化的趋势也不相同：在半球尺度上,东半球明显变干,而西半球反之；在大陆尺度上,就北美大陆而言,整体呈现出先变湿后变干的趋势,北美大陆50°N以北的区域在70年代以前先变湿,之后逐渐变干,且从90年代开始,地表AI指数已经由正值变为负值,地表变干明显；而北美大陆50°N以南的区域整体变化趋势滞后于50°N以北的区域：地表先变湿后变干的转折点发生在90年代中后期。就欧亚大陆而言,地表整体变干的趋势更为显著,变干始于高纬度区域,逐渐向低纬扩张,变干最为显著的区域是位于65°N和50°N左右的区域。（3）全球地表气温年循环振幅的变化趋势体现出了比较明显的区域差异：在南半球,南美大陆除了南部地区外,地表气温年循环的振幅长期呈上升趋势。就北半球而言,地表气温年循环的振幅在非洲北部呈现出先减小后增加的特征；在中纬度区域,北美大陆和欧亚大陆地表气温年循环的振幅在大部分地区都表现为先增加后减小的特征；高纬度区域包括加拿大北部、俄罗斯西北部以及西伯利亚东北部区域长期均表现为年循环振幅下降的趋势。由地表气温年循环振幅变化趋势的纬圈平均看出,地表气温年循环振幅变化最剧烈的区域是位于30°N与60°N之间的区域,在1940年以前,该区域年循环的振幅以上升趋势为主,1940年之后开始迅速降低；地表气温年循环振幅在高纬度区域长期呈明显减小趋势,这种趋势在后期有向中纬度区域蔓延的倾向,这一现象与北半球中高纬干旱半干旱区冷季增温被强化有较好的关联。同时,我们也通过EOF方法对地表气温年循环振幅在不同时间尺度上的变化特征也进行了研究。