本文旨在给出全球陆地季风区水循环对全球增暖响应的整体图像，包括不同要素的空间分布、季节性、以及极端降水事件，并在物理解释的基础上，探讨这些变化可能产生的影响和风险。　　本文首先利用观测资料分析近60年全球陆地季风区极端降水的历史变化及其与全球平均温度的关系。其次，利用参加第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的多模式理解和预估全球陆地季风区水循环在不同时间尺度上对全球增温的响应。在此基础上，利用CMIP5多模式预估的逐日降水数据分析全球陆地季风区降水结构的变化，并重点关注极端降水对全球增温的响应，以及未来不同温升阈值下极端降水变化可能带来的风险和影响。对于全球陆地季风区占全球约三分之二的人口而言，理解这些问题对于未来水资源规划、旱涝灾害风险管理、减缓与适应策略的制定，以及社会可持续发展具有重要意义。本文主要结论总结如下:　　一、近60年全球陆地季风区极端降水的历史变化　　全球陆地季风区是全球陆地范围内极端降水最强、对总降水贡献最大的区域，且该地区极端降水的变化影响着全球约三分之二人口，因此有必要对其历史变化进行研究。利用目前国际上空间覆盖度最高的两套全球极端降水指数数据集HadEX2和GHCNDEX，结合中国地区逐日台站观测降水数据，共基于超过27000个台站数据（其中超过6200个台站位于全球陆地季风区），研究了全球陆地季风区极端降水的历史变化，包括极端降水变化与全球平均温度的关系以及各子季风区的特征，并理解变化的原因。结果表明，1951-2010年间全球陆地季风区极端降水呈显著增加的台站数(5-10％)多于显著减少的台站数(3-4％)。在有资料覆盖的全球陆地季风区范围内，年最大日降水量（Rxlday）变化对全球平均温度的面积加权区域平均或中值响应率约为3.17-6.61％/K。各子季风区中，南非季风区南部和北美季风区的极端降水变化随全球平均温度的变化最强，甚至可超过克劳修斯-克拉伯龙(C-C)方程估计的7％/K;东南亚季风区其次;其余子季风区的变化则较弱。基于区域同号变化比例的空间场显著性检验表明，全球陆地季风区整体而言，1950年代以来极端降水呈显著增强趋势的台站数比例不可能仅由气候系统内部变率导致，而是受到外强迫的影响;而极端降水显著减弱的台站数比例仍在气候噪音范围内。　　二、全球陆地季风区年平均水循环对温度变化的响应　　全球季风区水循环的变化直接关系到未来水资源、旱涝灾害等风险变化，影响着该地区占全球约三分之二的人口，然而以往针对季风区的研究多关注降水，对水循环其他各个方面的研究仍然欠缺。因此，这里利用CMIP5多模式典型浓度路径(RCP)8.5排放情景下的预估试验，从水循环整体的角度分析了全球陆地季风区水循环（包括其大气分支和陆面分支）对全球增温的响应，给出了该地区水循环对全球增温响应的整体图像。全球陆地季风区水循环随全球增温的增强体现在各要素上，其中，年平均降水(P:0.81％/K，0.27-1.69％/K)、蒸发(E:0.57％/K,0.23-0.77％/K)、P-E(1.58％/K,0.56-3.83％/K)和径流(2.08％/K,1.20-4.45％/K)将显著增强，而表层(-0.83％/K，-1.60～-0.19％/K)和整层土壤湿度将减少。除了整层土壤湿度，其他要素的变化具有较高的模式一致性。从水循环整体角度来看，各子季风区中，北非、南亚和东亚季风区将显著变湿，而北美季风区将显著变干。南美、南非和澳大利亚季风区水循环的变化则模式一致性较低，这是由于这些地区内部的变化空间分布不一致造成的。年平均水循环的变化由湿季主导。水汽收支诊断表明，影响年平均降水变化（季风降水主导）的物理过程中，水汽通量辐合的垂直平流项对降水增加具有主要贡献(2.50％/K，1.72-3.28％/K)。其中，由增温引起的水汽增加（即热力项）对降水的贡献为3.21％/K(2.60-3.49％/K)，而大尺度季风环流的减弱（即动力项）部分抑制了降水的增加(-0.66％/K,-0.95-0.10％/K)。　　三、全球陆地季风区水循环年循环对温度变化的响应　　水循环的变化在年内的分布是不均匀的，其年循环的变化可直接影响到水资源、粮食产量和旱涝灾害的变化。基于CMIP5多模式预估试验，分析了全球陆地季风区水循环过程的年循环对全球增温的响应，利用水汽收支诊断研究了引起降水年循环变化的物理过程及其对地表水循环的进一步影响。全球陆地季风区降水年循环随全球增温的变化表现为对于气候态年循环的增强，同时位相有所滞后。一方面，降水年循环和年较差的增强是由于最大月（湿季）降水量显著增加、而最小月（干季）降水量略微减少导致的。水汽的垂直平流项主导了降水年较差的增强。其中，与增温引起的水汽增加有关的热力项有利于年较差增加，而与大尺度季风环流减弱有关的动力项对此有抑制作用。另一方面，降水年循环位相的滞后体现在北非、南非和南美季风区:北非季风区9至11月份降水增加最强、季风撤退延迟，而同期南非和南美季风区降水显著减少，季风爆发延迟。这与全球增暖背景下，9至11月大西洋至印度洋地区热带辐合带(ITCZ)自北半球向南撤退的延迟有关，表现为这一时期该地区的降水在气候态ITCZ北侧增加而南侧减少。进一步，这种降水变化的南北梯度是由水汽垂直平流动力项主导的（即垂直运动的变化表现为气候态ITCZ北侧上升异常、南侧下沉异常），热力项的贡献次之（即水汽含量的增加在北侧强于南侧）。降水年循环的增强将进一步导致地表水循环过程年循环的增强。从水循环整体角度而言，可概括为“湿季更湿、干季更干”。降水、P-E和径流的年较差对增温的响应率约为3-5％/K，且主要由湿季的显著增加贡献。　　四、全球陆地季风区极端降水对全球增温的响应　　全球增暖将导致全球季风区水循环“湿季更湿、干季更干”，这意味着季风区湿季极端强降水事件和干季干旱事件均可能有增加的风险。因此，利用CMIP5多模式在不同排放情景下预估的逐日降水数据，分析了在全球增暖背景下，全球陆地季风区降水结构对增温的响应，并重点关注了极端强降水和极端干事件的变化，包括季风区与全球、干旱区的比较，各子季风区的特征，以及极端降水变化对排放情景的依赖性。结果表明，该地区降水结构的变化表现为干天增加（1.28％/K，模式不确定性范围为1.01-1.73％/K;RCP8.5排放情景）、小到中雨频率减少、强降水频率增加的特征。这种降水结构的变化在各子季风区均有体现，除了北美和澳大利亚季风区（其极端强降水随增温的增强不显著或非常弱）。季风区极端降水对增温的响应率和信噪比均低于全球陆地平均而高于干旱区。但随着极端降水的增强，季风区与全球陆地之间响应率差异减小。在RCP8.5排放情景下，CMIP5多模式中全球陆地季风区第99百分位阈值降水(R99p)的响应率为5.03％/K(3.76-5.77％/K)。各子季风区中，南亚和东亚季风区极端降水对增温的响应率最强，R99p的区域响应率可超过7％/K，且信噪比最高。极端降水对全球增温的响应率依赖于排放情景。对于中等强度的极端降水，排放情景越高，响应率越弱（其中亚洲季风区差异最大）;而强极端降水（如超过R99p）的响应率与排放情景无显著关系。对于极端干事件，南半球季风区和北美季风区连续干天长度显著增加:全球平均增温1度，其中部分地区连续干天可增加5天以上。季风区连续干天长度的增加高于干旱区。　　五、不同温升阈值下极端降水变化风险初步研究　　随着全球陆地季风区极端降水随增温的增强，在未来不同温升情景下，其带来的风险将如何变化？对于这一问题，目前尚无针对性的研究。因此，本章使用CMIP5多模式RCP8.5和RCP4.5排放情景下预估的逐日降水数据，分析了全球陆地季风区极端降水随温升的变化，尤其是对高影响力极端降水事件的暴露度的变化。针对《巴黎协定》提出的1.5℃低温升目标，分析了其相较于2℃温升可减少的影响以及受两种温升差异影响最大的地区。分析表明，极端降水对全球增温的响应表现为两方面，其平均态和年际变率均增加，即分布向大值偏移且变宽。因此，高影响力极端降水事件（位于极值分布上尾，如20年一遇的事件，本章称之为“危险”极端事件）的发生频率将增加，重现期将缩短。当全球平均增温达到1.5℃、2℃、3℃、4℃时（相对于工业革命前水平），CMIP5多模式RCP8.5情景下预估的1950-2005年20年一遇的年最大连续5日累积降水量(Rx5day)在全球陆地季风区的重现期分别为17.5年、14.9年、13.1年和11.4年左右。因此，对这类“危险”极端降水事件的面积和人口暴露度将随温升而持续增加。且当全球平均增温超过2℃时，暴露度随温升将呈非线性增长。针对《巴黎协定》提出的1.5℃低温升目标，其与2℃温升相比，对于1950-2005年20年一遇的Rx5day事件，可分别减少全球陆地季风区内25％(18-41％)和36％(22-46％)的面积和人口暴露度，且多模式预估一致性较高。对于越强的极端事件，其可避免的影响也越大。各子季风区中，南非、南亚和东亚季风区受益于该低温升阈值最多。与2℃温升相比，若将温升控制在1.5℃，对于1950-2005年20年一遇的Rx5day事件，多模式集合中值预估的这三个地区相应的面积及人口暴露度将分别减少44％和53％、40％和40％、35％和29％。以上结论不依赖于“危险”极端事件的定义以及排放情景、人口情景的选择，因而可信度高。