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近年来，中国春季降水异常造成的灾害性事件频发，严重威胁人们的生命财产安全。然而，针对中国春季降水目前仍然缺少系统性的研究。本论文利用全国160台站降水资料、CRU(Climate Research Unit)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project)全球格点降水资料，NCEP-NCAR(National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research)和JRA-55（Japanese55-year Reanalysis）再分析大气环流数据，NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)和Hadley海表温度资料以及多模式回报数据，基于诊断分析和数值试验，以中国东部春季降水为研究对象，探讨了其变化特征、影响机制以及动力预测水平。论文主要研究结论如下:
(1)中国东部春季降水主模态与热带海温关系的年代际变化以及可能机制。中国东部春季降水距平百分率EOF分解(Empirical Orthogonal Function)第一模态基本表现为全区一致性变化（华南和东北部分区域除外），最大变率出现在华北地区。为了描述方便，本论文将EOF第一模态以华北为中心的一致变化区称为华北地区。在20世纪70年代末之后，华北春季降水与热带ENSO(El Ni(n)o-Southern Oscillation)型海温的关系显著增强。偏相关/回归分析结果显示，相比于热带太平洋，印度洋海温对华北春季降水的影响更为重要。再分析资料与数值试验结果表明，印度洋可以通过两个途径影响华北春季降水。其一，印度洋海温异常增暖导致局地对流增强，影响印度洋Walker环流，从而抑制海洋性大陆地区对流活动。海洋大陆地区对流减弱一方面削弱局地Hadley环流，导致中国东部中纬度地区为异常上升运动;另一方面激发Rossby波列，在东亚-西北太平洋地区产生西太平洋型环流异常，减弱东亚大槽，使得中国东部中纬度盛行南风异常。其二，印度洋海温增暖激发Gill-Matsuno响应，在欧亚大陆中纬度地区产生纬向Rossby波列，从而进一步减弱东亚大槽。因此，在20世纪70年代末之后，热带印度洋海温异常增暖可以通过以上两个机制导致中国华北地区春季降水偏多。数值试验进一步佐证了印度洋海温增暖影响华北春季降水的两个物理机制。
(2)耦合模式对中国华北春季降水预测能力的提高以及可能原因。两个多模式预测计划DEMETER(Development ofa European multimodel ensemble system for seasonal-to-interannual prediction)和ENSEMBLES(Ensembles-based predictions of climate changes and their impact)的八个耦合模式2月开始的回报预测结果表明，在20世纪70年代末之后，有五个模式对中国华北春季降水的预测水平显著提高。大尺度环流分析结果显示，华北春季降水异常与东亚-西北太平洋区域200hPa经向偶极涡度模态以及中国东部850hPa南风异常联系密切。耦合模式对这两个环流系统的预测性能在20世纪70年代之后显著提高，从而直接导致了华北春季降水预测性能的提升。观测资料结果表明，20世纪70年代末之后，由于热带海温的年代际增暖，其与东亚-西北太平洋地区200hPa偶极涡度异常以及东亚地区850hPa异常南风之间的联系显著增强。耦合模式可以较好地把握观测中这种关系的增强，从而导致华北春季降水相关环流的预测性能在20世纪70年代末之后显著提高，并最终改进降水的预测。而另外三个模式无法合理再现降水相关环流与热带海温关系的增强，从而对华北春季降水预测性能较差。
(3)热带北大西洋海温对中国东北春季降水影响的年代际变化及其预测价值。动力预测系统对中国东北春季降水的预测能力较低，因此，我们从统计预测的角度探究了影响中国东北春季降水变化的关键海温区。研究显示，春季热带北大西洋海温对同期中国东北地区降水的影响在20世纪70年代之后显著增强。基于再分析资料与数值试验，我们进一步分析了二者关系变化的可能原因。热带北大西洋海温异常增暖导致局地对流增强，异常对流引起的非绝热加热可以激发Gill-Matsuno响应，导致北大西洋地区呈现负位相的北大西洋涛动模态(North Atlantic Oscillation，NAO)。在20世纪70年代之后，由于热带北大西洋海温的年代际增暖，局地对流也表现为年代际增强。因此，在该时期热带北大西洋海温异常对热带外大气环流的影响增强，可以激发更强的Rossby波列从北大西洋中纬度出发并向下游传播到东亚地区，进而显著影响中国东北地区的大气环流与降水。此外，欧亚大陆地区纬向风的年代际变化，也有利于20世纪70年代末之后来自北大西洋地区的Rossby波列向下游传播到东亚地区。进一步分析发现，热带北大西洋海温异常可以从前期2月持续到春季。交叉检验结果表明，利用2月热带北大西洋海温预测的东北春季降水与观测降水显著相关。
(1)中国东部春季降水主模态与热带海温关系的年代际变化以及可能机制。中国东部春季降水距平百分率EOF分解(Empirical Orthogonal Function)第一模态基本表现为全区一致性变化（华南和东北部分区域除外），最大变率出现在华北地区。为了描述方便，本论文将EOF第一模态以华北为中心的一致变化区称为华北地区。在20世纪70年代末之后，华北春季降水与热带ENSO(El Ni(n)o-Southern Oscillation)型海温的关系显著增强。偏相关/回归分析结果显示，相比于热带太平洋，印度洋海温对华北春季降水的影响更为重要。再分析资料与数值试验结果表明，印度洋可以通过两个途径影响华北春季降水。其一，印度洋海温异常增暖导致局地对流增强，影响印度洋Walker环流，从而抑制海洋性大陆地区对流活动。海洋大陆地区对流减弱一方面削弱局地Hadley环流，导致中国东部中纬度地区为异常上升运动;另一方面激发Rossby波列，在东亚-西北太平洋地区产生西太平洋型环流异常，减弱东亚大槽，使得中国东部中纬度盛行南风异常。其二，印度洋海温增暖激发Gill-Matsuno响应，在欧亚大陆中纬度地区产生纬向Rossby波列，从而进一步减弱东亚大槽。因此，在20世纪70年代末之后，热带印度洋海温异常增暖可以通过以上两个机制导致中国华北地区春季降水偏多。数值试验进一步佐证了印度洋海温增暖影响华北春季降水的两个物理机制。
(2)耦合模式对中国华北春季降水预测能力的提高以及可能原因。两个多模式预测计划DEMETER(Development ofa European multimodel ensemble system for seasonal-to-interannual prediction)和ENSEMBLES(Ensembles-based predictions of climate changes and their impact)的八个耦合模式2月开始的回报预测结果表明，在20世纪70年代末之后，有五个模式对中国华北春季降水的预测水平显著提高。大尺度环流分析结果显示，华北春季降水异常与东亚-西北太平洋区域200hPa经向偶极涡度模态以及中国东部850hPa南风异常联系密切。耦合模式对这两个环流系统的预测性能在20世纪70年代之后显著提高，从而直接导致了华北春季降水预测性能的提升。观测资料结果表明，20世纪70年代末之后，由于热带海温的年代际增暖，其与东亚-西北太平洋地区200hPa偶极涡度异常以及东亚地区850hPa异常南风之间的联系显著增强。耦合模式可以较好地把握观测中这种关系的增强，从而导致华北春季降水相关环流的预测性能在20世纪70年代末之后显著提高，并最终改进降水的预测。而另外三个模式无法合理再现降水相关环流与热带海温关系的增强，从而对华北春季降水预测性能较差。
(3)热带北大西洋海温对中国东北春季降水影响的年代际变化及其预测价值。动力预测系统对中国东北春季降水的预测能力较低，因此，我们从统计预测的角度探究了影响中国东北春季降水变化的关键海温区。研究显示，春季热带北大西洋海温对同期中国东北地区降水的影响在20世纪70年代之后显著增强。基于再分析资料与数值试验，我们进一步分析了二者关系变化的可能原因。热带北大西洋海温异常增暖导致局地对流增强，异常对流引起的非绝热加热可以激发Gill-Matsuno响应，导致北大西洋地区呈现负位相的北大西洋涛动模态(North Atlantic Oscillation，NAO)。在20世纪70年代之后，由于热带北大西洋海温的年代际增暖，局地对流也表现为年代际增强。因此，在该时期热带北大西洋海温异常对热带外大气环流的影响增强，可以激发更强的Rossby波列从北大西洋中纬度出发并向下游传播到东亚地区，进而显著影响中国东北地区的大气环流与降水。此外，欧亚大陆地区纬向风的年代际变化，也有利于20世纪70年代末之后来自北大西洋地区的Rossby波列向下游传播到东亚地区。进一步分析发现，热带北大西洋海温异常可以从前期2月持续到春季。交叉检验结果表明，利用2月热带北大西洋海温预测的东北春季降水与观测降水显著相关。