北京大学物理学院胡永云、聂绩课题组揭示大陆漂移驱动热带雨带迁移

　　近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系胡永云教授、聂绩助理教授团队根据深时气候模拟结果，揭示和阐明了大陆漂移（板块运动）驱动了热带辐合带 （ITCZ）的南北迁移，论文以“大陆漂移通过改变辐射和海洋热输送导致热带雨带迁移”（Continental drift shifts tropical rainfall by altering radiation and ocean heat transport）发表在《科学进展》（Science Advances）。

　　ITCZ是由南北半球信风在赤道附近辐合形成的。如图1A所示，在热带中东太平洋有一条的对流性云带，包含尺度大小不一的对流云团。这些对流云团产生降水，形成如图1B所示的横跨热带太平洋的雨带，最大年平均降水量将近5000 mm，ITCZ降水占全球降水的三分之一。实际上，ITCZ不仅仅是一条雨带，许多热带天气气候系统如台风、厄尔尼诺、拉尼娜、季风等与ITCZ的活动密切相关， 而且与南北半球辐射不对称性和能量交换也密切相关。

　　图1. 热带辐合带。A：2000年7月卫星云图，白色为云团，白色箭头代表南北半球信风；B：年平均降水，单位：0.54 mm hour-1

　　在现代，如图1B所示，ITCZ位于赤道北侧，年平均纬度约为6°N。但如下面所示，ITCZ在地质时间尺度上与大陆的分布密切相关。该研究的深时气候模拟结果（5.4亿年以来，也就是显生宙）表明，ITCZ位置的迁移主要是由大陆漂移决定的。

　　大陆位置决定ITCZ位置主要的物理机制有两个：1）两个半球太阳净辐射的不对称，2）跨赤道海洋热量输送（图2）。太阳净辐射在两个半球的不对称性主要由陆地-海洋反照率的差别以及大陆所在的纬度造成的。陆地的反照率远大于海洋的，当一个半球陆地面较小时，反射太阳辐射较少，该半球接收太阳净辐射就较多，相对较热。跨赤道海洋热传输与大洋环流以及海表风应力的两个半球不对称性密切相关：中纬度开阔洋面面积较大的半球受到较强的海表风应力驱动，形成越赤道大洋环流，将热量输送至另一个半球。半球间净辐射的不对称和跨赤道海洋热量输送作用相互竞争，它们之和等于跨赤道的大气热量输送，即决定了ITCZ所在的纬度（图2）。

　　图2. (A) 5.4亿年来ITCZ纬度的变迁。用三种指标表征ITCZ的纬度：纬度平均的降水重心纬度（黑实线），降水峰值的纬度（黑虚线），半球间降水的不对称性（紫线）；(B)各地质时期ITCZ纬度和跨赤道大气热量输送（）高度相关；(C)大陆漂移驱动ITCZ迁移机制示意图（以5.4亿年前地质时期为例）：海表风应力（白色箭头）驱动的逆时针方向（和当前气候相反）的大洋环流（下图中的流函数和灰色箭头），陆地-海洋反照率对比（黄色箭头示意）

　　为定量计算辐射平衡和海洋热量输送，该研究构建了一个理想模型：根据海陆分布和近似的海洋和陆地上空的行星反照率常数以计算两个半球的净辐射差；根据两个半球间中纬度海洋面积差来回归出跨赤道海洋热量输送。这样，根据过去5.4亿年间的大陆分布的变化，可估算各地质时期两个半球辐射的不对称性，海洋热量输送，和大气热量输送（图3）。以上结果使得人们可以根据海陆分布来理解大陆演化对全球海洋-大气环流的影响，这是地质时间尺度上地球固体圈层与流体圈层之间的一个重要耦合关系。

　　图3. 理想模型可以根据各时期大陆分布，估算(A)两个半球之间的净辐射差异、(B)跨赤道海洋热输送和(C)跨赤道大气热输送（可近似ITCZ纬度）。图中实线为气候模拟结果，虚线为简单模型结果

　　ITCZ位置对区域降水、季风、台风生成等天气系统有着重要影响。深时气候模拟研究，有助于理解和预测全球变暖背景下ITCZ位置的变化。此外，研究结果还揭示了板块运动对大气和海洋环流的一个重要影响。

　　论文第一作者为北京大学物理学院大气与海洋科学系博士后韩晶，聂绩和胡永云为共同通讯作者。该项研究是在国家自然科学基金委科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”资助下完成的。

　　（来源：https://news.pku.edu.cn/jxky/fd4fb4fff84e4ea988b6dcc8b49c9f45.htm）