全球和区域气候变化不仅表现在地表,也反映在对流层和平流层中。因而研究从地面至高空大气变化是气候变化观测事实分析和研究的一个重要方面。大气探空资料具有时间序列长和垂直层次多等优势,在气候变化研究中具有无可替代的作用。探空资料应用的最大问题是资料序列的非均一定性。为此,近20年来全球气候学家致力于建立均一化高空大气温、湿度数据集,以得到可靠的高空大气变化信息。现有的数据集多为全球尺度,受诸多客观原因限制,尚无法应用于区域性气候变化分析。目前我国也尚未建立均一化探空数据集,原始探空气候观测记录可能包含许多非气候因素的影响,如仪器改进、方法更新、台站迁移和重建等变化等。本研究利用1958-2005年我国探空观测网绝大多数台站,通过资料评价、质量控制和均一化处理,建立了我国探空温度和湿度数据集,系统地分析了我国高空大气温、湿度的时空变化特征,并将研究结果应用于大气层结稳定度、对流层顶变化、冻结层高度变化及对冰冻圈的影响等领域,得到如下主要结论:　　 1.通过对我国探空温度和湿度序列均一化订正,建立我国探空温度和湿度均一化资料数据集。　　 IPCC AR4明确指出高空资料不确定性的组成主要有人为观测错误、间断点和台站选取。本文最大限度地收集了我国探空台站温度和露点温度资料,首先利用大气静力学方法进行质量控制,以剔除探空资料中人为观测错误数据。其次,利用两相回归法进行了均一化处理。间断点的探查和订正表明中国探空温度序列中普遍存在与仪器和方法变化明显相关的间断点,72％的探空序列包含2-4个间断点,时间分布与台站的历史记录具有一定的相关性。第三,以缺测率为标准,系统探讨了我国探空数据集的台站选取方法,确定了台站最大缺测率为30%的客观标准,以此为标准从116个台站选取92个作为研究对象。我国探空温度序列对于以上均一化处理的响应随时段不同差别十分显著。　　 2.近50年来我国高空大气温度和湿度变化特征分析表明:对流层500hPa以下明显升温,以上降温,最大降温出现在300hPa,平流层下层降温。对流层下层,大气绝对湿度和大气可降水量均呈上升趋势。　　 1958-2005年,中国高空大气对流层中下部升温,以500hPa为分界点,500hPa以下为升温趋势,以上降温,降温幅度最大位于300hPa;平流层下层降温主要表现在夏季,对流层升温则主要发生在冬季。我国与全球高空大气温度变化的差异主要表现在60-70年代,且我国平流层下部温度的下降幅度低于全球平均。而我国特有的300hPa处大幅降温主要发生于1993年以后,而早期对流层中上部温度高于全球平均。　　 绝对湿度和大气可降水量的时间变化分析表明:1958-2005年,对流层下层绝对湿度和大气可降水量均呈上升趋势,上升主要发生在冬夏季:1979-2005年,夏季上升较为显著。总体来看,1970-1989年,为自由大气干燥期。从垂直分布来看1958-2005年中国平均高空湿度趋势廓线700 hPa以下为上升趋势,500-100hPa均为下降趋势,其中500hPa下降趋势最大。　　 3.近50年来中国对流层稳定度趋于下降,但时空变化特征复杂利用气块指数、地面抬升指数、沙氏指数和假相当位温、垂直直减率等参数分析了我国对流层层结稳定性变化,结果显示中国北方大部和东南沿海及云南南部地区稳定度下降。稳定度上升趋势的站主要位于江南和高原局部。　　 4.1958-2005年期间,随着对流层中下层升温,全国对流层顶高度表现为南升北降,对流层顶温度和冻结层高度以上升为主;1979-2005年,对流层顶高度上升,温度下降,冻结层高度上升利用直减率阈值法定义对流层顶并计算其高度和温度。1958-2005年,对流层顶高度呈南升北降趋势:东南沿海、西藏和北方局部对流层顶高度趋于升高,东北、华北和西北大部地区趋于下降;对流层顶以降温为主。我国平均对流层顶高度的变化与东亚的平均结果相似。就区域尺度而言,青藏高原平均对流层顶高度的变化与北半球的平均结果更为接近。　　 冻结层高度由于其标示水分的相变阈值,其变化对冰冻圈变化具有显著的指示作用。随着对流层中下层升温,中国平均冻结层高度1958年以来呈上升趋势,显著上升发生于上世纪90年代,而且纬度较高区域平均冻结层高度变率明显高于纬度较低区。对流层中下层显著升温过程始于80年代,平均冻结层高度的变化滞后于对流层升温。1958-2005年,我围冰川雪线变化以升高为主,升高较显著的站出现在青藏高原和新疆北部地区。冻土线1963-2005和1979-2005年间均显示显著的上升趋势,且1979-2005上升幅度明显加大。冻结层高度与冰川物质零平衡线、冻土活动层厚度具显著正相关关系,春季冻结层高度与雪盖消失时间呈显著负相关关系。