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在本世纪初,全球平均温度变暖趋势呈现出减缓或停滞现象,人们已针对该现象开展了大量的研究,不少研究认为全球温度这一年代际尺度变化是人为外部强迫与自然气候变率等多种因素共同作用、多种时间尺度交叠的非线性响应结果。本论文基于Had CRU全球观测数据和CMIP5、CMIP6数值模拟结果,提出了量化由于人类活动排放温室气体增加导致全球升温的新方法,分析了全球及不同区域温度变化对温室气体强迫的响应特征,分离了海洋年代际变化的主要模态;指出大西洋海表温度多年代际变化（AMV）与太平洋年代际变化（PDV）与全球温室气体变化的共同作用可解释全球温度的年代际尺度变化,定量评估了海洋年代际变化对全球温度变化的影响及相对贡献,解释了20世纪以来在全球变暖背景下出现的两次全球增温停滞事件的成因;讨论了21世纪不同排放情景下能否再发生增温停滞现象及可能的持续时长、区域性特征等。这些研究分析有利于加深对年代际尺度全球、区域温度演变特征的理解。论文的主要结论如下:1.观测数据分析表明,20世纪以来全球平均温度发生了两次较为明显的增温趋缓事件,分别位于20世纪中期（1941-1975）和21世纪初期（1998-2013）。其中,在20世纪中期增温减缓期北半球温度在全年各个季节均出现了明显的降温或增温趋缓现象,而21世纪初期增温减缓期主要出现在冬春两季北半球中纬度地区。CMIP5及CMIP6气候模式能合理再现20世纪中期的全球增温停滞及20世纪末期的全球加速增温特征,但对21世纪之初的全球增温趋缓现象的模拟能力不足。模拟结果的差异与模式对温室气体变化的响应（或气候敏感度）有关,CMIP6模式的瞬态气候响应（TCR）及平衡态气候敏感度（ECS）整体高于CMIP5模式,且CMIP6模式的平衡态气候敏感度接近IPCC AR5给出的平衡态敏感度范围上界（4.5K）。2.本文基于温度的观测事实及CMIP5、CMIP6的模拟结果分析指出,1880-2017年全球及局地温度的长期变化与温室气体等效二氧化碳（CO2e,表征全球温室气体的整体辐射效应）存在准线性变化关系。基于此关系,利用观测数据分离了三个影响温度变化的关键因子:CO2e以及海洋年代际变化的主要模态AMV与PDV。AMV模态横跨大西洋和太平洋,其在大西洋海域的模态类似AMO;PDV在太平洋海域的模态类似IPO。AMV和PDV与全球温室气体变化的共同作用可解释全球温度年代际尺度变化,其中温室气体增加对全球平均温度年代际尺度变化影响的相对贡献为70%,海洋年代际变化的影响占比30%,AMV的影响比PDV更为显著。在20世纪两次增温停滞期,AMV与PDV指数同为负趋势,海洋年代际变化抑制了温室气体引起的全球平均增温。从全球范围来看,CO2e、AMV及PDV三个因子的拟合结果可以合理解释1881-2017年全球大部分地区的温度变化。3.CMIP5、CMIP6 1pct CO2敏感性试验和历史试验/预估试验数据的分析显示,当CO2e浓度水平超过500ppmv、浓度增量超过1000ppmv时,全球平均温度上升随CO2e的对数变化而变化（也即对数关系,在CO2e小范围变化时,线性关系是对数关系的近似）。基于这一准对数关系,本文利用观测温度数据Had CRUT及CMIP未来温室气体情景,推算了未来不同时期CO2e、自然变率可能引起的全球及区域温度变化。研究表明,21世纪全球平均增温停滞的持续时间随着温室气体加速上升明显缩短,即使在最高排放情景下（SSP5-8.5/RCP8.5）,全球增温停滞仍有可能发生。SSP5-8.5/RCP8.5情景下,未来40年（2021-2060）可能发生的增温停滞持续时间约为8-10年,21世纪末增温停滞持续时间约为7-9年。