西风带泛指中纬度从近地面到对流层范围内的盛行西风。作为大尺度环流系统，西风带对外强迫变化十分敏感。有研究指出，在全球变暖背景下，西风带趋于向极移动。西风带位置变化与热带范围扩张紧密联系，后者将进一步导致副热带干旱区面积扩张，并对副热带地区水资源利用、生态环境、以及社会经济发展造成重大影响。然而，现阶段利用气候模式预估未来西风带及相关系统的变化仍有很大不确定性。鉴于此，研究地球历史时期西风带的变化，一方面有助于深刻理解大尺度环流系统对不同外强迫的响应;另一方面，西风带作为联系外强迫与地面水热状况的纽带，可在一定程度上解释古环境演变机制。基于国际耦合模式比较计划第五阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase5，CMIP5）和国际古气候模拟比较计划第三阶段（Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Phase3，PMIP3）的多模式试验数据，本论文系统研究了晚第四纪典型时期（即末次冰盛期和中全新世）西风带相对于工业革命前的变化及物理机制，探究了西风带变化对热带范围和降水空间格局的影响。所得主要结论如下:
　　(1)末次冰盛期北半球西风带变化具有高度的空间不一致性。垂直方向上，北半球平均的200hPa急流北移约2°（2个纬度），850hPa急流南移约3°。高低空急流变化与冰期对流层范围内非均匀降温有关。温度场异常显示，热带对流层高层和极地对流层低层分别存在两个负值中心。前者通过经向风异常造成副热带地区西风角动量经向输送的减弱，西风减弱区位于高空急流以南，高空急流北移;后者使得中纬度大气斜压性增加，斜压涡动活动增强，更多的涡动动能向平均流转化导致背景西风增强，西风增强区位于低空急流以南，低空急流南移。区域尺度上，冰盖地形阻挡作用使得欧洲南部以及北美西南部的低空急流显著南移，移动幅度在部分地区超过了30°;冰盖激发的定常波促使北大西洋地区的高低空急流均显著增强约20-30％。
　　(2)末次冰盛期热带范围变化依赖于指标的选取。位于对流层高层的指标，包括副热带急流和对流层顶高度经向梯度最大值所在位置，表明整个热带范围变宽0.6°-1.2°;位于对流层中低层的指标，包括哈德莱环流下沉支、涡动驱动急流、以及副热带干旱区边界所在位置，表明整个热带范围变窄1.2°-1.7°。对所有指标而言，北半球的移动幅度约为南半球的1-2倍。对流层高层指标的变化与副热带地区垂直或者经向温度梯度变化密切相关，对流层中低层指标的变化均与斜压扰动活动异常有关。模拟结果与代用资料对比显示，副热带地表湿度的变化与对流层中低层指标的变化相一致。
　　(3)中全新世东亚西风急流的季节性差异增大。气候平均状态下，东亚西风急流具有明显的季节变化特征，夏季急流强度最弱，位置偏北，冬季与之相反。与工业革命前相比，中全新世夏季西风急流减弱约20％，位置北移约4°;冬季西风急流增强约5％，位置北移约1°。北半球入射太阳辐射在夏季增加并在冬季减少，是造成西风急流季节性差异增大的原因之一。此外，夏季入射太阳辐射随纬度分布的变化造成中纬度地区斜压波活动异常，进一步加剧了夏季急流的减弱和北移。
　　(4)西风急流变化一定程度上解释了中全新世东亚夏季降水的空间差异。在中全新世北半球夏季入射太阳辐射增加的驱动下，东亚夏季风增强，同时伴随中国北部和南部夏季降水显著增多。区域尺度上，中国中西部、朝鲜半岛、日本及其附近海域的降水减少。西风急流减弱导致的湿焓平流减少抑制了上升运动，是中国中西部降水减少的主要原因。经向温度和比湿梯度的减弱是朝鲜半岛、日本及其附近海域湿焓平流减少以及降水减弱的主要原因。西风急流、经向温度和比湿梯度的变化均与入射太阳辐射随纬度分布的变化有关。