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全球变暖使大气的持水能力增加，水循环过程受到影响，降水总量、频率、强度、概率分布函数、发生时间、持续时间和极值等特征会发生相应的变化。降水特征的变化通过影响旱涝灾害、水电站和城市排水系统，直接对社会产生重大影响。理解全球增暖背景下降水特征的变化不仅对气候变化研究十分重要，而且对水资源管理和农业活动也意义重大。同时，应对气候变化，需要开展降水变化检测归因方面的研究。中国是极易受气候变化影响的国家，经常遭受各种气候灾害的影响。然而，近50年中国降水特征的变化，尤其是降水特征变化的物理机制以及人为外强迫和自然强迫对降水特征的变化的相对贡献等问题尚未明晰。本论文首先基于降水观测资料，考察了近50年中国降水特征的变化;然后基于CMIP5历史模拟试验并使用最优指纹检测归因方法，分析了人为外强迫对降水变化的作用;同时基于CMIP5模式模拟结果，讨论了引起降水特征变化的物理机制。主要结论总结如下: 一、近50年中国干湿季时间和极端干湿期的变化 在1960-2013年，中国干湿季时间呈现出显著的变化。长江中下游地区和华北的湿季分别推迟和提前了一个月左右，该湿季时间的变化与东亚夏季风环流的变化有关。同时长江中下游的干季提前，使得该地湿季向干季的过度时间缩短。伴随干湿季时间的显著变化，干湿季降水频率和极端干湿期长度也出现了显著的变化。100°E以东，湿季降水频率呈现出空间一致的减少趋势，使年湿天数减少。东北和长江下游的干季极端干季长度的显著缩短以及南方地区湿季极端湿期长度的缩短，有助于减弱相应干旱和洪涝灾害发生的风险。在年和季节统计结果中，西南地区的湿天数显著减少，极端干期延长，因而利于干旱发生风险的增加。 二、近50年中国降水谱结构的变化及其与全球温度的关系 先对中国632个台站降水资料进行均一化处理，然后利用均一化处理后的新资料分析干天(P=0)、毛毛雨天(0＜P＜0.1 mm/day)、总降水事件(P≥0.1 mm/day)以及不同强度等级降水事件的频率和累积降水量变化。在1960-2013年，对整个中国而言，暴雨（P≥50mm/day）显著增加，小雨（0.1≤P＜10mm/day）和中雨（10≤P＜25 mm/day）显著减少，干天和毛毛雨天分别显著增加和减少。这表明日降水事件由弱降水向强降水转变，意味着旱涝发生风险增大。尽管干天日数呈现出全国一致的增加，毛毛雨、小雨、总降水事件都呈现出全国一致的减少，但其他等级降水变化具有明显的区域差异。长江和东南地区，暴雨增加，小雨减少;西北地区，各等级降水频率都增加;西南、东北和华北地区，各等级降水频率基本都在减少。基于不同等级降水与全球平均温度关系的年际变率法，探讨了中国谱结构（日降水事件对应的降水量或频率随强度的分布）变化对全球平均温度变化的依赖性。结果表明，对于全球地表温度每上升1度，干天、毛毛雨天、最弱和最强降水事件的响应幅度都超过中等强度降水事件对增暖的响应。 三、近50年中国东部降水谱结构变化的检测与归因 利用中国756台站在1956-2005年的逐日降水观测记录，分析了中国东部地区日降水总量随强度分布的变化。结果表明，在中国东部地区，日降水事件呈现出由弱降水向强降水偏移的显著变化。基于11个CMIP5模式历史气候模拟分离强迫试验（包括全强迫、人为强迫、温室气体强迫、人为气溶胶强迫和自然强迫试验）模拟输出，使用最优指纹法对中国东部地区观测到的日降水量随强度分布的变化进行检测归因。结果表明，人类活动导致的温室气体增加对观测到的日降水向更强降水强度的偏移具有可检测到的贡献。人为气溶胶强迫部分地抵消了温室气体强迫的作用，使得包含了人为气溶胶强迫模拟中的日降水向更强降水强度的偏移较之只包含了温室气体强迫的模拟结果偏弱。除了热力作用，温室气体强迫导致的全球增暖使相邻海洋和通过中纬度西风向中国东部地区的水汽输送增强，利于该地更强降水的发生。 四、近50年全球陆地季风区和相邻干旱区夏季降水变化的检测与归因 中国是全球陆地季风区和相邻干旱区的重要组成部分。基于多套观测资料考察了全球陆地季风区和相邻干旱区夏季降水在1948-2005年的变化，并将观测结果与CMIP5历史试验模拟结果比较。结果表明，在多套观测资料(CMIP5多模式)集合平均结果中，全球陆地季风区平均的夏季降水呈现出-11.17(-9.81)mm month(-1)(58years)(-1)的显著减少趋势。在观测和模拟结果中，降水趋势均呈现出湿区变干而干区变湿的空间分布。最优指纹检测与归因结果揭示，人为气溶胶强迫对近50年全球陆地季风区夏季降水的减少具有可检测到和可归因的影响。基于水汽收支诊断结果，人为气溶胶导致的蒸发的减少和垂直水汽平流的减弱的共同作用造成了全球陆地季风区的变干。 五、西南地区秋季极端干旱事件的归因 在2009年秋季，西南地区遭受了史无前例的干旱的重创。人为导致的全球增暖对西南地区类似2009年秋季那样的严重干旱事件的发生概率的贡献还不清楚。首先基于观测确立西南地区干旱发生对应的主要大气环流机制，然后基于“气候变率与可预报性研究”(CLIVAR)国际计划中C20C+检测与归因子计划提供的大气环流模式CAM5.1和MIROC5以及CMIP5耦合模式模拟结果，考察人类活动导致的气候变化对西南地区严重干旱的贡献。结果表明，印太暖池地区的海表面温度可以通过增强局地哈得来环流和南海地区的异常气旋，改变西南地区的干旱条件。观测与CAM5.1和MIROC5以及CMIP5模拟结果一致证实，人为导致的印太暖池变暖促使西南干旱事件的加剧。基于CAM5.1和MIROC5以及CMIP5集合模拟的事件概率归因的结果一致表明，人为导致的全球增暖增加了西南地区像2009年秋季那样极端少雨和极端高温的干旱条件的发生概率。这意味着，未来全球的继续增暖将会促使西南地区严重干旱事件的增加，需要采取相应的防灾减灾措施。