对流有效位能（CAPE）被广泛用于量化大气层结的不稳定性或抬升气块所能拥有的正浮力,而对流抑制能（CIN）表征气块抬升至自由对流高度以上需要的能量。CAPE和CIN均直接影响着大气对流的发生频率与强度,及其伴随的对流性降水。在温室气体（GHG）增加导致的全球增暖背景下,气温将上升,水汽也随之增多,未来CAPE预计会增强,CIN也会有所变化,而CAPE和CIN的变化可能会影响极端降水的变化特征,对未来洪涝、干旱等极端天气气候事件变化规律的研究有重要的应用价值。本文首先使用逐6小时的再分析数据研究历史时期CAPE和CIN的气候态分布和变化特征,并简单评估一个完全耦合的全球气候模式对CAPE和CIN气候态分布特征的模拟能力。随后分析模式模拟的未来CAPE和CIN的变化特征,并探讨潜在的原因。此外,本文还使用逐3小时数据分析了模式模拟的未来降水变化特征,并探讨了降水变化与未来大气热力特征变化的联系。一、近几十年大气热力特征及变化趋势再分析资料的结果显示,气候态年平均CAPE的最大值出现在热带海洋区域,且随着纬度增高而减弱,而年平均CIN在陆地区域强于海洋区域。1979-2018年期间,CAPE在大部分海洋（特别是热带太平洋中部）和一些低纬度陆地区域（如非洲中部）呈显著减弱的变化趋势,而在美洲中部、马来西亚和印度尼西亚、以及欧洲等区域呈显著增大的趋势。CAPE的变化趋势与低层比湿的变化趋势相似,而与低层气温的变化趋势无明显关联。CAPE的减弱趋势与自由对流高度的增高趋势、平衡高度的降低趋势相符合,反之亦然。CIN在大部分区域的变化均不显著,但CIN的变化趋势与低层相对湿度的变化趋势更为相似。此外,在冷季高纬度区域存在很大时间比例的绝对稳定事件。模式合理再现了再分析资料中CAPE和CIN的平均分布型,以及绝对稳定事件的全球分布特征。在再分析资料和模式中,不可逆绝热过程假设下的CAPE均比可逆假设下的CAPE更强,但两种假设下的CAPE和CIN呈现出相似的气候态分布和变化特征。二、模式预估的未来大气热力特征的变化及原因在GHG增加导致的全球增暖背景下,CAPE预计将增强,但最近的一个区域研究指出陆地区域的CIN也将增强,尽管背后的原因还未完全理解。本文使用气候模式模拟数据,发现未来全球增暖背景下,CAPE将在全球大部分区域增强,而CIN将在大部分陆地区域增强。在陆地区域,中等-强CAPE和（或者）CIN事件（即出现的次数）将增多,而弱CAPE和（或者）CIN事件将减少,这导致CAPE和CIN平均值的增强。CAPE的增强主要是因为低层比湿的增大,这带来自由对流高度以上更多的潜热加热,使得抬升气块具有更多的正浮力,平衡高度也更高。大部分陆地区域CIN的增强主要是因为低层相对湿度的减小,这导致更高的抬升凝结高度和自由对流高度,因此抬升气块具有更多的负浮力。在热带海洋区域,近地面相对湿度略有增大,导致CIN略有减弱。在副热带东太平洋和大西洋区域,低层大气垂直递减率减弱的影响超过了比湿增大的影响,导致此处的CAPE有所减弱。三、模式预估的未来降水变化及其与大气热力特征变化的联系先前的研究指出,GHG增加导致的全球增暖背景下,弱-中等强度降水将减少,而强降水将有所增多,但是这些降水变化的潜在过程还未完全理解。本文研究发现,气候模式基本可以再现再分析资料中平均降水发生频率的空间分布特征,以及降水发生频率或强度与CAPE在全球大部分区域、或与CIN在热带海洋区域的显著相关性。此外,模式同样预测出未来更暖的气候背景下,弱-中等强度降水事件（0.01<P￡1 mm/hr）将减少,而强降水事件（P>1 mm/hr）将增多。大部分弱-中等强度降水事件发生在弱CAPE和（或者）弱CIN情景下,而弱CAPE和（或者）弱CIN事件在更暖的气候背景下将显著减少。未来气温和湿度的增加会使得许多弱CAPE和（或者）弱CIN事件转变为中等-强CAPE或CIN事件,导致弱-中等强度降水事件也显著减少。另一方面,强降水事件的增多主要与强降水在给定CAPE和CIN时发生概率的增大有关,其次受到CAPE和CIN发生频率变化的影响。强降水发生概率的增大,与降水频率直方图向更强降水强度方向的移动有关,而这种右移可能是更暖的气候背景下水汽增加引起的所有降水强度按照均匀百分比增大导致的。