[科普中国]-沃克环流

发现与命名

一般认为“沃克环流”现象最早是由英国气象学家吉尔伯特·沃克爵士(Sir Gilbert Thomas Walker)于20世纪20年代发现的。由于沃克环流把南方涛动和赤道太平洋的海表温度联系在一起，因此为了纪念沃克的开创性工作，挪威气象学家雅各布.皮叶克尼斯(Jacob Bjerknes)于1969年将这一现象命名为“沃克环流”。

成因赤道附近的太平洋水温分布西高东低。在西太平洋，海洋母亲赋予了大气巨大的热量，使这里的空气温暖而潮湿，盛行上升气流，成为对流活动极为旺盛的地区也是太平洋降水最为丰富的地区，而热带东太平洋为冷水域，冷水使其上方的空气变冷、密度增大，这一带洋面上盛行下沉气流，多晴朗少云天气。气候平均而言，太平洋大气低层东部气压高，西部气压低，空气从高压区流向低压区，从东边来的空气流到西太平洋正好补偿了因上升而流失的空气。而高空的情况常常与低层相反，在太平洋上空常以偏西气流为主。这样就在赤道地区形成了一个闭合的环流圈，即西太平洋为气流上升区，到高空以后向东运行，行至东太平洋下沉到海面，然后向西太平洋流动。这个在低纬度太平洋上空形成东西向流动的大气环流就是沃克环流。

沃克环流的上升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和云层厚密有关；东太平洋的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。

沃克环流的增强和减弱及其影响原因沃克环流的增强和减弱仍然是当代科学之谜。一般有两种说法：

一是自然因素。赤道信风、地球自转、地热运动等都可能与其有关。

二是人为因素。即人类活动加剧气候变暖，也是赤道暖事件剧增的可能原因之一。

沃克环流的增强和减弱规律（与ENSO相关）沃克环流具有明显的季节和年际变化，它与诸多因素有关，以下只对重要因素之一ENSO进行讨论：

大约每隔3至7年沃克环流便会减弱一次，也就出现厄尔尼诺，活动期通常延续一年以上，其间还间隔的出现沃克环流增强的现象，也就是拉尼娜。

沃克环流与厄尔尼诺现象由于“沃克环流”对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用，如果东太平洋的洋面温度升高，就会产生较暖而且湿润的上升气流，削弱“沃克环流”，同时美洲中部一带会气温上升、暴雨成灾，形成著名的“厄尔尼诺”。当厄尔尼诺发生时，由于海洋温度分布发生巨大变化，大气也会进行相应的调整。中、东太平洋气压随着海温的上升而下降（高压减弱、气压降低），西太平洋气压随着海温的下降而上升（低压减弱、气压升高），热带太平洋两侧气压差值变小，导致赤道东风减弱和向东撤退，沃克环流也会被削弱。同时，随着西太平洋暖水区向东移动，沃克环流的上升支和下沉支的位置也发生偏移，对流活动的中心移至中太平洋上空，中、东太平洋上升气流大大加强，降水显著增加；而西太平洋上升气流明显减弱，变成少雨区，形成大范围干旱。

沃克环流减弱（厄尔尼诺）对我国的影响：

（1）夏季主雨带偏南，北方大部少雨干旱。

（2）长江中下游雨季大多推迟。

（3）秋季我国东部降水南多北少，易使北方夏秋连旱。

（4）全国大部冬暖夏凉。

（5）登陆我国台风偏少。除了上述一般规律外，也有一些例外情况。因为制约我国天气气候的因素很多，如大气环流、季风变化、陆地热状况、北极冰雪分布、洋流变化乃至太阳活动等。

沃克环流与拉尼娜当沃克环流异常强劲，导致东太平洋下层冷海水上翻增强，洋面异常低温，就会出现拉尼娜。当拉尼娜发生时，东太平洋还会变得更冷，赤道西太平洋海温可能会进一步升高，东西太平洋气压差也进一步增大，沃克环流会比正常情况更强，西太平洋也会更多雨，而东太平洋则更加少雨。

沃克环流增强（拉尼娜）时对我国的影响：

（1）热带气旋增多，即在西北太平洋生成和登陆我国的热带气旋增多。

（2）我国东北春夏易出现干旱，气温偏高。

（3）我国南方易发生干旱，华北洪涝。

（4）冬季较寒冷，寒潮多发，南方易出现冻雨、风雪。1

近年变化沃克环流是重要的热带大气环流系统，它的变化能够通过遥相关型，对热带乃至全球许多地方的气候异常产生显著影响。全球增暖背景下的沃克环流变化，是当前国际气候学界关注的热点话题。围绕着沃克环流对全球增暖的响应、沃克环流的年代际变化及其机理等问题，国际学术界正在进行着激烈的争论。迄今为止，国际科学界关注的重点是沃克环流强度的变化，很少有研究从三维空间结构的角度，讨论沃克环流的整体变化特征。

最近，围绕着近30年太平洋沃克环流空间结构的变化问题，中国科学院大气物理研究所博士研究生马双梅和研究员周天军，利用纬向质量流函数来直观地刻画赤道太平洋沃克环流的整体结构特征（图2）。他们比较了现有的7套再分析资料所揭示的沃克环流的变化特点，指出近30年（1979~2012年）太平洋沃克环流的强度在显著增强、中心位置在显著西移；就7套资料的平均结果而言，沃克环流的增强趋势是每10年增强15.08%、中心位置西移趋势每10年3.708个经度（图3）。为了揭示造成上述沃克环流变化的机理，他们进一步分析了26个CMIP5模式的AMIP试验（即利用观测的历史海温来驱动大气模式）结果，发现多模式集合的结果能够再现观测的沃克环流变化特点，而类La Nina型的冷海温异常是造成近30年太平洋沃克环流变化的强迫因子。

热带太平洋沃克环流的气候态纬向垂直剖面图

（a）20CR，（b）ERAIM，（c）JRA25，（d）JRA55，（e）MERRA，（f）NCEP1，（g）NCEP2和（h）7套再分析的集合平均。填色和等值线表示纬向质量流函数，矢量是垂直速度和纬向辐散风的合成。

1979-2012年，赤道太平洋上空年平均纬向质量流函数的气候态（等值线）和线性趋势（填色）。

（a）20CR，（b）ERAIM，（c）JRA25，（d）JRA55，（e）MERRA，（f）NCEP1，（g）NCEP2和（h）7套再分析的集合平均。黑色打点表示线性趋势通过5%显著性水平。23