中国地处东亚夏季风区，东亚夏季风变化与中国的干旱、洪涝等自然灾害密切相关。在未来全球变暖下，东亚夏季风变化是中国未来气候变化的核心问题。当前，模式对于东亚夏季风未来变化的预估不确定性较大，其不确定性的来源不明，严重影响了对全球变暖下中国气候变化预估的可信度。本文利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中的28个模式和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的24个模式，评估了东亚夏季风降水变化不确定性及夏季风环流变化不确定性的作用，并进一步提取了东亚夏季风环流变化模式间不确定性的主导模态，并分析了各季风子系统的协同变化，提出夏季背景态环流和相关海气耦合机制是夏季风环流变化不确定性形成的主要原因，并利用观测约束方法对其进行校订，还扩展分析了与东亚夏季风模拟和预估有密切关系的模式中热带太平洋降水和海温模拟偏差的成因。本论文主要结论总结如下:
　　一、东亚夏季风降水变化不确定性及环流变化不确定性的作用
　　论文首先利用CMIP5中25个模式的历史情景和未来情景模拟，分析了东亚夏季风未来降水变化及其中的模式间差异。东亚夏季风降水变化主要由两部分组成:一部分是由水汽增加所主导的热力项，以及由东亚夏季风环流变化所主导的动力项;其中热力项的预估信号在不同模式间较为一致，而动力项中的环流变化项则是东亚夏季风不确定性的主要来源。此外，历史气候态环流是另一个重要的不确定性来源。
　　二、东亚夏季风环流变化模式间不确定性的主导模态及成因
　　论文进一步针对东亚夏季风环流变化不确定性较大这一关键问题，提取了28个CMIP5模式中东亚夏季风环流变化的模式间主导模态，该模态与东亚区域的“南涝北旱”型降水变化有关。该模态是由赤道西太平洋处海温变化所引起，并且可以进一步追溯到当前模式在热带太平洋中的降水模拟偏差。同时，该主导模态是由与夏季背景态环流相联系的海气耦合过程所导致，因此可以进一步基于当前气候和未来变化之间的关系以及观测数据对东亚夏季风降水变化进行观测约束，校订结果表明相较于多模式集合平均的结果，未来预估中中国北部以及朝鲜半岛处的降水增加应该更多，而中国南部，印度半岛以及西北太平洋处应该更少。
　　三、东亚夏季风各季风子系统变化的模式间协同变化
　　上述东亚夏季风环流的主模态和东亚夏季风子系统变化的不确定性密切相关，东亚夏季风环流和西北太平洋副热带高压、东亚副热带高空急流的未来变化之间存在系统性的模式间差异。对应着低层气旋性环流变化的夏季风环流间主导模态，与减弱东撤的西北太平洋副热带高压和向南偏移的东亚副热带高空急流之间紧密相联的。这一系统性的变化联系主要是由东亚和西北太平洋上的对流层增暖所维持，其最初的来源是赤道西太平洋处较强的表层增暖。
　　四、东亚夏季风变化预估的观测约束校订
　　基于以上对东亚夏季风环流变化预估和模式对当前气候背景模拟的归因，以及模式对当前气候背景模拟的偏差，论文利用观测约束的方法对东亚夏季风降水变化进行校订。首先，研究使用当前观测的降水和“湿更湿”的理论机制对水汽变化主导的降水变化的热力分量进行校订;同时，空间型观测约束方法对环流变化和降水变化的动力分量进行校订。该校订方法可以将东亚夏季风降水变化的信噪比从最初的0.73提升至1.9。校订后的东亚夏季风降水变化在中国南部，西北太平洋和中国北部向东部延伸的区域增加显著，其他区域增加较弱。本章校订基于当前气候模拟偏差系统性的分析，包含了之前的主导模态校订，故最终校订结果部分与其相同，其他部分则有所出入。
　　五、东亚夏季风变化预估相关的热带太平洋降水和海温模拟偏差的成因
　　上述研究发现模式预估的东亚夏季风变化与模式对热带太平洋降水和海温背景态的模拟密切相关，在最新的CMIP5和CMIP6模式的历史气候模拟中，热带太平洋的热带辐合带(ITCZ)区域存在明显的正降水偏差（下称过强ITCZ偏差）与负海温偏差对应，这与热带中常见的正降水与正海温异常对应关系相悖。研究利用一个两层模型将降水分解为两部分:辐合项和加热项，其中辐合项与表层辐合相关，加热项与平均加热和相对海温有关。研究表明，海温偏差的经向梯度是表层辐合偏差形成的重要原因。在CMIP5和CMIP6的模拟偏差中，热带太平洋的负海温偏差在南北纬10度分别存在明显的经向槽，这两个海温偏差的经向槽产生了两个辐合中心，有利于过强ITCZ偏差的形成，即使局地的SST偏差为负值。