20世纪以来,人类活动排放的温室气体持续增多,全球气候系统都受到其影响。许多学者在研究温室气体增长造成的海洋和大气变化时,通常采用变量变化的长期线性趋势来代表温室气体增长的作用。本文首次明确指出:在研究北太平洋的大气和海洋变化时,线性趋势法并不适用,主要原因是北太平洋海洋—大气耦合系统存在非常显著的年代际尺度的自然变化,变量的线性趋势会受到年代际振荡的影响,难以准确反映温室气体增长的作用。为了区分北太平洋海洋-大气耦合系统中的自然变化和温室气体增长带来的变化,本文提出了一种能够合理估算温室气体增长对海洋和大气影响的新方法。该方法利用IPCC AR4中各模式在A1B温室气体排放情景下的结果,求得温室气体增长对气候变量的影响系数,给出了估算温室气体影响的公式。利用该方法对20世纪后50年北太平洋海洋和大气变化进行评估,取得以下创新性成果:1.在温室气体增长背景下,北太平洋海表面呈现全海盆一致增暖,平均升温约0.33℃,中低纬度海区小于0.4℃,而高纬度和极地海区高于0.6℃。在整个北太平洋海盆(20°N-70°N,120°E-100°W)平均情况下,海面空气相对湿度增长、海气温差减小和海表面风速增强对潜热释放的贡献分别为-1.7 W/m2,-2 W/m2和3.92 W/m2,故北太平洋潜热释放增多0.22 W/m2;由于海气温差减小,感热通量变化为-0.4 W/m2。海面接受短波辐射减少0.33 W/m2,净向下长波辐射增加0.53 W/m2。北太平洋平均的净热通量变化为-0.37 W/m2,黑潮及其延伸体区域的净热通量变化幅度最强,约为-3 W/m2。总体来说,在温室气体增长的情况下,由于气温的升高幅度高于海温,因此北太平洋海洋向大气的放热减少。2.在温室气体影响下,冬季北太平洋中纬度对流层500hPa位势高度均方差在风暴轴气候平均位置内(40°N -50°N,140°E-160°W)有所减小,最大幅度为-1.2gpm,表明风暴轴活动有减弱趋势,主要原因是大气斜压性减弱,表现为中纬度风暴轴区域的大气斜压性指数Eady增长率减小,最大变幅达到-0.12 s-1,约为气候平均值的2%。中纬度1000hPa层位势高度在阿留申低压的气候平均位置处(40N-60N,150E-140W)的变化表现为正异常,中心值高于3gpm,表明冬季阿留申低压有减弱的趋势。对比研究指出,前人通过观测资料分析得到的近几十年北太平洋风暴轴和阿留申低压加强的结论,更可能是北太平洋年代际变化这一自然变化的结果,而不能代表温室气体的影响。3.通过研究20世纪后50年质量通量流函数的变化发现,在温室气体影响下,Hadley环流在南北半球的下沉支位置都有向极地方向移动的趋势,但整个环流圈拓宽的幅度很小,全球平均情况下不超过0.2°,同时Hadley环流的强度有所减弱,幅度约为气候平均的0.9%。前人通过对观测资料求线性趋势发现的Hadley环流圈显著拓宽(1979年以来拓宽约2个纬度)的现象,很有可能是气候系统年代际自然变化与温室气体增长二者共同作用的结果,并且主要体现了年代际自然变化。上述结论初步揭示了20世纪后50年内温室气体增长对北太平洋中纬度海洋—大气耦合系统的实际影响,为今后的全球变暖研究提供了方法和依据,有助于提高气候系统的预测水平。