自2000年以来，温室气体浓度持续上升，但全球平均温度并没有随之增长，即出现了“增温停滞”现象，该现象引起了气候学家们的广泛关注。国内外科学家对“增温停滞”现象产生的原因从外强迫因子变化（太阳活动、火山及水汽等）和气候系统内部变率（ENSO、PDO、NAO及AMO等）两方面进行了大量探讨。由于“增温停滞”现象的矛盾点主要是温室气体浓度升高与地表气温增温停滞之间的差异，因此本文使用温室气体敏感性试验结果进行相关分析研究。　　本文选用代表世界先进水平的地球系统模式CESM进行了控制试验与温室气体敏感性试验的模拟。为验证模式模拟结果的可靠性，对控制试验的结果从气候态和气候变率两个方面与观测/再分析资料进行对比验证。模式较好地模拟出了温度、降水、海平面气压及海表温度气候态的分布特征，但是温度和降水在青藏高原地区仍有偏差。气候系统内部自然变率主要验证了ENSO、PDO、NAO及AMO四个过程，与观测/再分析资料的对比表明模式较好地模拟出了四个气候自然变率的空间分布型态及其周期信号。因此认为，CESM模式的模拟结果较为合理，可以用于本文的研究。　　在近150年温室气体浓度明显上升期选取了两个15年的增温停滞时期（简称H1（1900-1914年）和H2（1953-1967年））。两个时期温度变化趋势的空间分布显示，增温停滞现象存在明显的区域差异，如中国区域在两个停滞时期温度均未停止增长，依然呈上升趋势。在太平洋地区H1与H2空间分布特征类似，表现为赤道西太平洋升温、东太平洋降温的分布。两个时期地表温度的降温都集中在北半球春季，南半球降温幅度较小，且两个时期季节上差异较大。　　H1与H2时期大气顶端约有0.2～0.3 W/m2的净能量进入地球系统。但进入地球系统的能量并没有引起地表气温的升高，本文从气候系统内部自然变率及海洋调制两方面分析了该现象的原因。研究结果表明在两个停滞时期赤道太平洋地区都以冷拉尼娜事件为主，且海表面温度、风场及海平面气压场变化趋势的空间分布均呈类拉尼娜型态。PDO指数在两个时期均呈下降趋势，但H1时期基本为正值，而H2时期有正位相转变为负位相。NAO在两个时期并无明显线性趋势变化，表现为年际振荡，在H1时期信号较强，H2时期信号偏弱。两个时期的AMO指数均以负位相为主，但在H1时期呈下降趋势而H2时期为上升趋势。综上所述全球增温停滞现象并不一定伴随某个气候自然变率过程的特定位相，可能是两个或多个过程共同作用的结果。　　对海洋中700米以上及700米以下的热容量变化进行对比分析，发现在两个增温停滞时期700米以下海洋热容量增长速率明显大于700米以上海洋热容量的增长速率，表明在增温停滞时期更多的热量进入了海洋深层。该结论与增温停滞时期ENSO以拉尼娜事件为主的结论相一致，即赤道中东太平洋冷水上翻加强，将更多的表层热量带入深层海洋中。PDO、NAO及AMO等自然变率过程对海洋上层与下层热量交换的作用还有待进一步的研究。