近日，beat365官方网站大氣與海洋科學系胡永雲教授、聶績助理教授團隊根據深時氣候模拟結果，揭示和闡明了大陸漂移（闆塊運動）驅動了熱帶輻合帶 (ITCZ)的南北遷移，論文以“大陸漂移通過改變輻射和海洋熱輸送導緻熱帶雨帶遷移”（Continental drift shifts tropical rainfall by altering radiation and ocean heat transport）發表在《科學進展》（Science Advances）。

ITCZ是由南北半球信風在赤道附近輻合形成的。如圖1A所示，在熱帶中東太平洋有一條對流性雲帶，包含尺度大小不一的對流雲團。這些對流雲團産生降水，形成如圖1B所示的橫跨熱帶太平洋的雨帶，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。實際上，ITCZ不僅僅是一條雨帶，許多熱帶天氣氣候系統如台風、厄爾尼諾、拉尼娜、季風等與ITCZ的活動密切相關， 而且與南北半球輻射不對稱性和能量交換也密切相關。

圖1：熱帶輻合帶。A：2000年7月衛星雲圖，白色為雲團，白色箭頭代表南北半球信風。B：年平均降水，單位：0.54 mm hour^-1。

在現代，如圖1B所示，ITCZ位于赤道北側，年平均緯度約為6°N。但如下面所示，ITCZ在地質時間尺度上與大陸的分布密切相關。該研究的深時氣候模拟結果（5.4 億年以來，也就是顯生宙）表明，ITCZ 位置的遷移主要是由大陸漂移決定的。

大陸位置決定ITCZ位置主要的物理機制有兩個：1）兩個半球太陽淨輻射的不對稱，2）跨赤道海洋熱量輸送（圖2）。太陽淨輻射在兩個半球的不對稱性主要由陸地-海洋反照率的差别以及大陸所在的緯度造成的。陸地的反照率遠大于海洋的，當一個半球陸地面較小時，反射太陽輻射較少，該半球接收太陽淨輻射就較多，相對較熱。跨赤道海洋熱傳輸與大洋環流以及海表風應力的兩個半球不對稱性密切相關：中緯度開闊洋面面積較大的半球受到較強的海表風應力驅動，形成越赤道大洋環流，将熱量輸送至另一個半球。半球間淨輻射的不對稱和跨赤道海洋熱量輸送作用相互競争，它們之和等于跨赤道的大氣熱量輸送，即決定了ITCZ所在的緯度（圖2）。

圖2：(A) 5.4億年來ITCZ緯度的變遷。用三種指标表征ITCZ的緯度：緯度平均的降水重心緯度（黑實線），降水峰值的緯度（黑虛線），半球間降水的不對稱性（紫線）。(B) 各地質時期ITCZ緯度和跨赤道大氣熱量輸送（）高度相關。(C) 大陸漂移驅動 ITCZ 遷移機制示意圖（以5.4億年前地質時期為例）：海表風應力（白色箭頭）驅動的逆時針方向（和當前氣候相反）的大洋環流（下圖中的流函數和灰色箭頭），陸地-海洋反照率對比（黃色箭頭示意）。

為定量計算輻射平衡和海洋熱量輸送，該研究構建了一個理想模型：根據海陸分布和近似的海洋和陸地上空的行星反照率常數以計算兩個半球的淨輻射差；根據兩個半球間中緯度海洋面積差來回歸出跨赤道海洋熱量輸送。這樣，根據過去5.4 億年間的大陸分布的變化，可估算各地質時期兩個半球輻射的不對稱性，海洋熱量輸送，和大氣熱量輸送（圖3）。以上結果使得人們可以根據海陸分布來理解大陸演化對全球海洋-大氣環流的影響，這是地質時間尺度上地球固體圈層與流體圈層之間的一個重要耦合關系。

圖3：理想模型可以根據各時期大陸分布，估算 (A) 兩個半球之間的淨輻射差異，(B) 跨赤道海洋熱輸送，和 (C) 跨赤道大氣熱輸送（可近似ITCZ緯度）。圖中實線為氣候模拟結果，虛線為簡單模型結果。

ITCZ 位置對區域降水、季風、台風生成等天氣系統有着重要影響。深時氣候模拟研究，有助于理解和預測全球變暖背景下ITCZ位置的變化。此外，研究結果還揭示了闆塊運動對大氣和海洋環流的一個重要影響。

論文第一作者為beat365官方网站大氣與海洋科學系博士後韓晶，聶績和胡永雲為共同通訊作者。該項研究是在國家自然科學基金委科學中心項目“大陸演化與季風系統演變”資助下完成的。

原文鍊接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adf7209