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全球大气环流是统一的整体，南、北两半球大气环流之间存在相互联系与影响，因而对南半球大气环流的系统研究有助于全面认识全球大气环流系统。本文首先利用五套再分析资料，从年际和年代际角度分析了马斯克林高压(简称马高)特征及其对南北半球天气和气候的影响。其次，从年际尺度上详细讨论两类ElNino事件对南半球大气环流影响的差异及其物理过程，并通过资料对比从年代际尺度上系统分析南半球大气环流变化的整体特征，进一步讨论不同年代际背景下北半球春季南极涛动(简称AAO)与中国夏季降水联系的差异。在观测分析的基础上，评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)的大气环流谱模式SAMIL2.0对南半球大气环流气候态及两类El Nino事件影响南半球大气环流差异的模拟能力，以及耦合气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟能力和不同典型浓度路径(Representative Concentration Pathways，RCPs)情景下对未来气候变化的预估。主要结论如下：
一、利用多套再分析资料分析马斯克林高压年际和年代际变化特征及其气候影响
基于五套再分析资料，比较了四种指数揭示的马高变化特征。结果表明，五套资料反映的马高变化特征一致，均表明马高存在明显季节演变，南半球冬季(JJA)马高最强、南半球夏季(DJF)最弱，从JJA到DJF，强度逐渐增强、面积增大，范围向西、向北扩展。JJA时马高对南、北半球天气、气候的影响最为显著，当其增强时，非洲大陆南部温度偏高、降水偏少，南印度洋温度偏低、降水偏多；并且与我国东部地区温度呈负相关关系，与降水呈正相关关系。厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)对JJA马高年际变化影响较大，El Nino发展年夏季，赤道中东太平洋暖海温使Walker环流东移，其西侧的下沉气流随之东移，整个印度洋被下沉气流控制，有利于马高增强。年代际尺度上，利用三套长时间尺度再分析资料分析发现，JJA马高在1970年代中期之前偏弱，之后偏强。1976年之前马高与非洲大陆南部温度呈显著的正相关关系，后一阶段相关性减弱；与降水的相关性较弱，但对我国东部地区降水影响的范围在后一阶段向北扩展。
二、揭示了两类El Nino事件对南半球大气环流的不同作用及其影响的物理机制
太平洋-南美遥相关(Pacific-South America，PSA)是南半球大气环流对ENSO信号的一种重要响应。赤道中太平洋El Nino事件(CP El Nino)发生时，PSA遥相关位置较之赤道东太平洋El Nino事件(EP El Nino)偏西偏北，并且异常中心强度偏弱。造成这种差异的主要原因是由于赤道海温增暖中心位置不同，使得CP El Nino时热源位置较之EP El Nino偏西，南半球大气对热源响应激发的异常气旋位置随之改变，从而导致整个PSA遥相关位置在CP El Nino时偏西。另外，局地经圈环流的变化对EP El Nino时阿蒙森海-别林斯高晋海地区显著的正异常中心有重要作用。EP El Nino时，90°W～150°W区域赤道对流加强引起的上升运动使局地Hadley环流增强并偏向极地，相应的中高纬局地经圈环流发生改变，导致60°S附近被强下沉气流所控制，阿蒙森海.别林斯高晋海地区出现较强的正异常中心。
三、利用LASG/IAP的大气环流谱模式SAMIL2.0评估模式对南半球大气环流气候态的模拟能力，并验证两类El Nino事件对南半球大气环流的不同作用
基于1979～2008年的AMIP积分结果，在历史观测海温驱动下，SAMIL2.0模式能合理再现南半球大气环流气候态的空间分布，但中纬西风模拟偏强，高纬偏弱，未能再现JJA时南半球双西风急流现象。模式可以模拟出两类El Nino事件中DJF南半球大气环流的PSA遥相关分布，但模拟的异常中心位置较之再分析资料都偏东，并且EP El Nino时异常中心强度偏弱，CP El Nino时偏强。主要原因是模式模拟的赤道地区正热源异常位置较之再分析资料位置偏东。
四、基于三套再分析资料系统分析南半球大气环流年代际变化的整体特征
利用NCEP、ERA40和20CR三套再分析资料，比较分析1976年前后南半球大气环流的年代际变化特征，结果表明：南半球副热带高压带加强、高纬绕极低压带加深，JJA的变化强度大于DJF；风场上除中低层赤道中东太平洋西风加强外，其余地区西风减弱；200 hPa上30°S附近西风急流减弱，50°S附近加强。三套资料在低层风场上的差异较大，南大西洋地区ERA40和20CR的结果与NCEP相反。对不同纬度带环流系统的分析表明，NCEP和ERA40资料对越赤道气流、马高以及AAO都表现出整体增强的趋势，但澳大利高压(简称澳高)变化不明显。20CR资料仅对马高和AAO的增强趋势有所体现。
五、详细分析了AAO年代际增强背景下南半球大气环流的特征，以及不同年代际背景下北半球春季AAO与中国夏季降水关系的差异
对不同方法定义的六类AAO指数进行比较，结果表明AAO存在明显年代际变化，1970年代中期之前为负位相，之后为正位相。在此背景下，南半球250hPa以下气温变暖，高纬地区200 hPa以上、副热带100 hPa以上变冷；60°S以北位势高度增加，以南降低；副热带30°S西风急流减弱，60°S急流增强。不同年代际背景下AAO对中国夏季气候的影响也有所不同，表现为北半球春季AAO与中国夏季降水的关系发生了变化。1976年之前，春季AAO正异常时，长江中下游以南和华北地区降水易偏多，江淮流域偏少；1976年之后，从华南沿海一直到江淮流域降水偏多，华北到东北地区降水偏少。原因在于随着AAO的增强，马高和南太平洋副高增强，使得索马里和120°E越赤道气流增强，进一步加强了南半球环流对中国夏季降水的影响。
六、利用耦合气候系统模式FGOALS-s2，评估模式对南半球气候平均态的模拟能力，以及未来不同RCPs情景下南半球气候变化的特征
利用FGOALS-s2模式20世纪历史气候模拟试验的结果分析发现，模式可以很好地模拟出南半球大气环流气候态分布，并且在强度偏差方面较之大气环流谱模式SAMIL2.0有所改进。另外，FGOALS-s2可以模拟出JJA南半球双西风急流现象，但北支急流偏弱、南支急流偏强。21世纪未来气候预估试验中，不同RCPs情景下南半球温度除南大西洋一印度洋海盆变冷外，其余地区变暖，陆地增温大于海洋。降水方面，除南印度洋和南太平洋中部减少外，其余地区增强，其中DJF的变化强度大于JJA，海洋的变化强度大于陆地。未来不同RCPs情景下马高都表现为初期减弱，后期增强的年代际变化。澳高情况相反，在21世纪初增强，2030年代之后开始减弱。AAO的变化表现为：RCP2.6情景下21世纪初略增强后减弱，RCP4.5情景下增强后趋于平缓，RCP6.0和。RCP8.5情景下都为一致的增强趋势。这主要与四种情景中模拟的未来温度变化趋势不同有关。