2011年12月19日 星期一

間熱帶輻合帶(ITCZ)是什麼?

以下這個ITCZ的介紹,摘錄自即將刊出的文章。出處為:施明甫, 洪致文2011: 東太平洋間熱帶輻合帶的南北偶極特徵, 大氣科學, 第39期第4號.

在熱帶海洋地區,有著許多一波一波不斷生成而後消散的對流雲系發展,若以氣候平均尺度來看,可以發現這些區域的對流雲系呈現帶狀的分布,並隨著季節變動而有南北向的位移及強弱變化,稱為間熱帶輻合帶(Intertropical convergence zone;簡稱ITCZ)。Chang(1970)利用衛星觀測資料來分析,發現ITCZ的對流雲系有向西傳送的情形,並且若以氣候尺度來看結果也一樣。他提出兩個可能的假設:這些向西傳的對流雲代表著有一向西傳的波;另一假設則是這些向西傳送的對流雲是因為平均流場為向西的關係。以非氣候平均角度來看,ITCZ就是由許多的積雲團組成,彼此之間由晴空分隔開來。積雲團低層的輻合大部分是風的南北分量組成,因此可以推測其成因是南北半球的信風輻合。一般認為,ITCZ的形成原因為熱帶地區的南北半球信風輻合而成,而一般也將之視為Hadley Circulation的上升區。

氣候或長時間尺度之下,衛星可觀測到西太平洋ITCZ有著明顯的南北半球對稱性,並在夏半球強度較強,但東太平洋ITCZ則總是位於北半球的位置,南半球的東南太平洋間熱帶輻合帶(Southeast Pacific intertropical convergence zone;簡稱SITCZ)僅出現於每年的2月、3月及4月(尤其是3~4月),並隔著赤道和北邊的ITCZ(之後皆簡稱NITCZ)形成double ITCZ的特殊空間分布(Halpern and Hung, 2001;Lietzke et al., 2001;Zhang, 2001)。

一般認為熱帶海洋地區的對流系統發展強度可取決於該處海表面溫度(Sea surface temperature;簡稱SST)的高低。通常SST較高,不僅易使該區大氣呈現不穩定的狀態,也會有著更多的水汽蒸發至大氣之中。近地表有水汽輻合,使得其上的對流系統因為水汽凝結潛熱釋放而更容易發展,並使低層的氣旋系統更加強,更多的水汽輻合上升,如此循環。此即為第二類條件性不穩定(Conditional Instability of Second Kind;簡稱CISK)的基本概念(Charney and Eliassen, 1963)。

過去許多研究指出,東太平洋熱帶地區的ITCZ發展和SST有著極為密切的關係。如Philander et al.(1996)指出海氣交互作用對ITCZ位置有著很大影響,某些地區因為海陸分布的關係而造成SST降低,而通常低SST並不利於對流系統發展。東太平洋地區最著名低SST地區就位在赤道東太平洋及其附近,大約是秘魯西方的海域,由於行星風場分布及南美洲的海岸線,使得此處海底湧升流旺盛,加上層雲遮蔽效應(Mitchell and Wallace, 1992;Philander et al., 1996),使得赤道東太平洋及其南方地區SST較低。由於低SST由東沿著赤道向西分布成一狹長形狀,稱之為冷舌區,尤其赤道附近區域及秘魯外海的SST在3~4月低於27℃,明顯比周遭SST更低許多(Halpern and Hung, 2001)。Graham and Barnett(1987)分析熱帶太平洋及熱帶印度洋眾多資料,普遍發現SST超過27.5℃適合深對流發展。因此ITCZ對流系統偏好在相對較高的SST區域發展,也說明赤道冷舌區不易發展對流系統的原因。Zhang(2001)也認為熱帶東太平洋傳統觀測發現double ITCZ僅出現於3~4月的現象,SST在其中扮演著主要的角色。Halpern and Hung(2001)提出關於熱帶東太平洋地區NITCZ及SITCZ的研究,分析1993~1998年的資料後發現,赤道東太平洋地區的NITCZ一年之中幾乎是持續出現在北半球,而南半球的SITCZ只在3月及4月出現,並且在強度上要弱得多。

Halpern and Hung(2001)認為SITCZ位置的SST在平常年(非強聖嬰年) 3~4月時通常較赤道冷舌區高出1.2℃左右,另外SITCZ的降水並非是赤道北方NITCZ南移的結果,事實上在NITCZ及SITCZ之間的赤道冷舌區不僅SST較低,此處風的輻散帶也是阻止NITCZ南移的原因。他們研究也顯示在東太平洋赤道冷舌區的低SST及赤道北方較高的SST是造成NITCZ總是位於北半球的原因。因此由先前的研究可以得知,SITCZ的生成發展和該區的SST有著非常密切的關係。Masunaga and L’Ecuyer(2010)認為雖然東太平洋赤道南方SST通常持續相對較低的狀態,但在北半球冬末至春季時會開始增溫形成暖海水帶,由於SST上升使得其上的對流系統更容易發展,形成SITCZ。Masunaga and L’Ecuyer(2010)認為太陽短波輻射是加熱東南太平洋SST的主要因素,致使此區域在每年一月開始開始產生暖海水帶,而使得SITCZ能夠在3月及4月時發展。

1 意見:

Arnold 2012年1月1日 上午5:54  

請問這跟SPCZ會有什麼樣的關聯 同時在SPCZ與SITCZ雲又有什麼不同?

Thanks.

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