英国气象学家沃克在20世纪20年代发现，赤道太平洋水温分布是西高东低，西边的印尼与澳洲东部沿岸一带，因海温高气压低而有旺盛上升气流，气流升至高空转向东与西方。东太平洋海温低气压高，向东流的气流在中至东太平洋的广大高气压区内向下沉降，到达海面再转向西，成为东南信风。这是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。在正常情况下较干燥的空气在东太平洋较冷的洋面上下沉，然后沿赤道向西运动，成为赤道信风的一部分，当信风到达西太平洋时，受到较暖洋面的影响而上升再向东运行，如此形成了一个封闭的环流。这就是沃克环流。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。至于东边远处的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。沃克环流的强弱变化是判断厄尔尼诺和拉尼娜现象的重要依据（如下图所示）。
当沃克环流减弱时，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，西太平洋气压随着海温的下降而上升，热带太平洋两侧气压变小，导致赤道东风减弱和向东撤退，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。也就形成了厄尔尼诺现象。（如下图所示）。
当沃克环流增强时，东太平洋会变得更冷，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，西太平洋也会更多雨，而东太平洋则更加少雨。这时候拉尼娜现象也就发生了。
国际上沃克环流增强和减弱的标准：连续3个月以上太平洋东部和中部赤道海域的月均温高于平均值0.5℃以上，也就是一次厄尔尼诺现象。如果赤道中、东太平洋海域的表层海水温度连续6个月比平时低0.5℃，也就是拉尼娜现象。
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：大约每隔3至7年沃克环流便会减弱一次，也就出现厄尔尼诺现象，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，也就是拉尼娜现象。
当沃克环流减弱时，也就是厄尔尼诺现象发生的时候对我国的影响主要表现有：
（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。
当沃克环流增强时也就是发生拉尼娜现象的时候对我国的影响基本相反：
（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。
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