本文首先利用1948～2004年共57年的对流层顶气压场和温度场资料，对全球对流层顶平均温压场的空间分布结构、年际和年代际变化以及季节变化进行了分析。然后初步分析了1958～2004年对流层温度与对流层顶高度的时空演变情况，确定它们之间的直接联系。再利用大气环流模式模拟了二氧化碳浓度固定(模拟1)和按每年1％比例增长(模拟2)的两种场景下大气环流的演变，得到不同场景下对流层顶高度的变化，确定了二氧化碳单位辐射强迫对对流层顶高度变化的贡献。最后利用Wei公式计算了不同场景下穿越对流层顶的质量通量，比较其区别。 研究结果表明：对流层项的纬向气压与温度距平场都具有不同尺度的年际和年代际变化，两极地区对流层顶的温压场最不稳定，两半球中纬度地区的时间演变尺度存在明显差异。对流层顶断裂带及其对应温度的时空波动存在反位相关系，20世纪70年代末温度出现突变现象，此时对流层顶断裂带迅速向南部空间移动。不同季节对流层顶的温压场都将进行空间结构的调整，两者之间存在着季节变化的协调性，但北半球较南半球的演变过程复杂。北极地区气压场变化有超前于温度场变化的趋势，对流层顶断裂带的温度季节变化存在着双峰波动结构。冬半年断裂区的地理位置较夏半年稳定，气压场和温度场的最大季节变程均发生在南极。 对流层纬向温度和对流层顶纬向高度距平场基本都处于负距平向正距平转变的过程中，尤其是90年代后期尤为明显，温度变化与对流层顶高度的变化有很好的一致性，小尺度的波峰波谷也有较好的对应关系。全球较显著的对流层温度和对流层顶高度降低区出现在东亚，南极附近印度洋、太平洋和大西洋海域为显著的对流层温度和对流层顶高度升高区。全球约90％的区域中对流层温度与对流层顶高度均为正相关关系，除了30°N和30°S附近、南极和北极的部分区域外正相关均通过了99％的信度检验。 在二氧化碳模拟试验中，模拟1中全球平均对流层温度和对流层顶高度变化基本维持在同一水平上，略有降低，而模拟2中对流层温度和对流层顶高度则有明显的升高趋势。二氧化碳单位辐射强迫对应的全球平均对流层顶高度变化为18.522m。 模拟2中的对流层顶高度减去模拟1中的结果得出一些结论：30°S～30°N之间为弱的负高差区，30°N以北和30°S以南基本为正高差区，其中30°N和30°S附近聚集了全球最显著的正高差区；南北两半球高差有着类似的纬向平均分布的结构特征，但表现出非常显著的非对称性特征，两半球并不是以赤道为对称轴，对称轴偏向于北半球，并且北半球的高差较显著，正负高差极值均大于南半球。南北半球中高纬均发生负高差向正高差的转变，但是南半球的变化超前于北半球，30°S～30°N间相反呈现出的是由正高差向负高差的转变。模拟1与模拟2中平流层一对流层交换(Stratosphere-Troposphere Exchange，STE)的纬向分布形势基本相同，其空间分布基本与全球经向环流相配合，其中对流层顶断裂带中的通量形势较复杂。模拟2的纬向平均通量极值明显大于模拟1，只有30°N附近模拟1中STT通量大于模拟2。模拟1中结果减去模拟2可发现：北半球较大差值区均集中在30°～60°N之间；南半球负差值占据优势地位，正负差值的极值集中在30°S附近，差值分布也较为连续。模拟1和模拟2中全球平均净质量通量值均在零线以下，模拟1中STT通量明显大于模拟2。模拟1中通量值变化较大，基本呈增大趋势；模拟2中通量振幅较小，通量变化准两年振荡似乎较为明显。