海洋是大气CO₂的重要汇,模式对海气CO₂通量模拟的好坏直接影响气候模拟和对未来气候变化的预测和预估。论文采用CMIP5（模式耦合比较计划第五阶段）历史模拟试验结果,结合重要的物理/生化过程,从气候态与长期趋势、年际变率等方面系统评估了22个地球系统模式模拟的海气CO₂通量;深入探讨了热带太平洋海气CO₂通量对ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）事件的响应;结合物理/生化因素分析了模式偏差来源,确定了模式模拟不准确的决定性因素;使用我国自主研发的海洋碳循环模式进一步探讨了生物作用、海表风速对海气CO₂通量年际变率的影响。本研究主要结果和结论包括:（1）半数以上模式可以较好模拟出全球海气CO₂通量空间分布特征,但有4个模式结果偏差很大。从海洋碳与物理场耦合的角度发现,大部分模式中海气CO₂通量模拟偏差主要由物理过程偏差（如海表温度偏差,经向翻转流偏差,南大洋深对流偏差）所致。18个模式集合平均结果的全球海气CO₂通量为1.95 Pg C yr^-1（1996-2004年;1 Pg=10¹5 g;海洋吸收为正）,与基于观测的结果非常接近。（2）只有6个模式可以在全球尺度上体现出海气CO₂通量年际变化的ENSO模态。其余模式不能体现这一特征的原因为:5个模式中南半球年际变率偏强/热带太平洋年际变率偏弱;2个模式对海表溶解性无机碳（DIC）年际波动体现较差;4个模式中海气CO₂通量年际变化周期不符合ENSO事件变化周期。（3）在热带太平洋:气体交换系数与海气CO₂分压差对海气CO₂通量年际变率贡献相当,但造成海气CO₂通量年际波动不合理的主要因素是海表CO₂分压（pCO₂se）;改进了pCO₂sea变率主要贡献因子的诊断分析方法,揭示了CMIP5模式对海气CO₂通量年际变率模拟不合理的原因。（4）单独海洋模式研究结果表明:生物作用对营养盐、生产力影响大,进而对海气CO₂通量气候态分布影响较大,但对热带太平洋海气CO₂通量年际变率影响并不大。海表风速年际波动对海气CO₂通量年际变率的影响主要体现在热带中太平洋。本研究从物理场与碳耦合的角度,鉴别了模式模拟偏差及原因,证实了海洋物理过程对CO₂通量模拟偏差的决定性作用,对气候变化研究和耦合模式的改进具有重要科学意义和应用价值。