如何科学地成为“雨神”，萧敬腾看了都要直呼内行

众所周知，歌手萧敬腾人送外号“雨神”，有人曾统计了他2012年1月到2013年7月的演唱会行程记录，出行43天，就有26天下雨，雨天占比超过60%，“雨神”的名号绝对是名副其实。国家气象局竟在微博上公开关注了萧敬腾，官方整活。最为“致命”。

不过，“雨神”始终还是一个调侃之词，有专家认真分析后称：与其说是“萧天王”招雨，倒不如说他格外“贪恋”那些多雨的城市、多雨的日子——他几乎每次都是赶上当地多雨的时节开办演唱会。

讲到这里，或许你会好奇，为什么有的地方降水多，有的地方降水少，有的地方夏季降水多，有的地方冬季降水多？

图1 中国年降水量的空间分布

那么，接下来就让我带你了解自然界真正的“雨神”——ITCZ。

01 什么是ITCZ？

ITCZ (Intertropical Convergence Zone) 即热带辐合带/赤道辐合带。辐合带，主要指的是风场的辐合，如北风遇上南风，东风遇上西风，这样不同风向的气流向同一个地区流动，就形成了气流/风场的辐合。因此，赤道辐合带，顾名思义就是风在赤道附近发生了辐合。具体来说，在南北半球两个副热带高压之间，从副热带高压带吹向赤道低压带的风（即南北信风气流）通常会在海表温度最高处（即气压最低处）辐合，形成热带辐合带。

图2 2014年9月位于东北太平洋的热带辐合带

图3 在科氏力作用下地球大气三圈环流示意图，赤道辐合带为三圈环流中南北半球的哈德莱环流在低层的东南信风和东北信风辐合而成。其中Hadely cell：哈德利环流，Ferrel cell：费雷尔环流；Polar cell：极地环流。图片来源：https://www.britannica.com/science/Ferrel-cell.

当赤道附近的信风边界层风场发生辐合时，潮湿空气对流上升，形成积雨云。在一定的条件下，这些积雨云组成对流云团，形成大范围的上升运动，就会带来比较明显的降雨天气。

图4 (a) 全球地表季风系统的地理分布。(b) 叠加降雨分析数据（CMAP）的干-湿指数值（据气候预测中心）为正的区域[1]

作为地球上最大、最重要的降雨带，ITCZ的移动控制着热带雨季的开始和持续时间，这直接影响中国、印度和澳大利亚等国家地区的季风降雨和天气变化。当ITCZ在不同季节所处的南北半球位置有持续性的细微变化，很可能造成毁灭性的自然与文明大灾难。历史上约公元9-10世纪的玛雅文明，就很有可能是因为ITCZ南移，造成中美洲长期干旱而崩解；中国许多朝代的兴衰更替也可能与ITCZ的南北迁移有关。

那么，ITCZ的位置变化是怎么影响降水的呢？

02 ITCZ与降水

ITCZ几乎环绕地球一周，就像是系在地球上的一条腰带，但这条“腰带”的位置并不是一成不变的。随着地球公转，太阳直射纬度发生季节性变化，南北半球的温度也会有所差异。ITCZ的年平均位置会根据北半球和南半球之间的温度对比而发生改变，通常向变暖的半球方向移动[2,3]，造成了ITCZ的季节性迁移。例如，在太平洋东部，夏季ITCZ移动到了北半球，冬季停留在南半球，就像是夏天的时候“腰带”被提到胸前，冬天时又滑到膝盖。

ITCZ的季节性位移形成了我们熟知的季风[4]，季风环流包括了夏季风和冬季风，对降水的影响主要决定于风所带来的水汽。夏季风（东亚的东南季风、南亚的西南季风）由海洋吹向大陆，水汽充足，容易凝结，形成降水。分布在大陆东岸的季风气候夏季的特点就是高温多雨。冬季风（东亚的西北季风、南亚的东北季风）由大陆吹向海洋，水汽少，不易凝结降水，干燥少雨。

我国就处于最典型的季风区之一，夏季受来自海洋的东南季风控制，冬季受来自西伯利亚-蒙古一带的西北季风控制。中低纬度季风降水和信风强度的时空分布随着ITCZ位置的迁移而变化，以响应太阳辐射的季节性和长期变化。我国降水的季节变化特征是：降水集中于夏季，冬季降水比较少。我国东部地区的降水，主要受夏季风控制，夏季风从海洋上带来丰富的水汽，登陆以后形成丰富的降水。冬季我国受冬季风控制，冬季风来自较高纬度的大陆，水汽比较少，不容易形成降水，因此我国降水夏季多冬季比较少。

03 ITCZ与古气候

ITCZ是全球大气环流的关键组成部分，控制着高低纬间降雨分配，影响全球近一半人口的生活。因此，解析地质历史时期ITCZ的移动规律及影响因素，对于预测未来气候具有重要价值。

科学家们利用位于西太平洋暖池的巴布亚新几内亚东缘、近岸1660米的深海底所获得的海洋沉积物岩芯的地球化学记录，重建了28万年以来西太平洋低纬度降雨带的迁移历史，发现其变化受到地球围绕太阳的轨道周期控制，同时受到欧亚大陆的西伯利亚高压影响；并指出同属于东亚-澳大利亚季风系统的南澳大利亚夏季风，竟更受到地球自转轴倾角影响，呈现显著的四万一千年（倾角）周期的律动。

当地球自转轴倾斜角度较大时，冬季的北半球高纬地区吸收到的日照总量非常少，欧亚大陆的西伯利亚高压会增强东亚冬季风强度，冬季风一路南下，穿过赤道，携带充沛水气，将西太平洋低纬降雨带推向更南方，为北澳大利亚带来甘霖。相反，澳大利亚面积远小于欧亚大陆，且地处中纬度，所以影响高纬地区的“倾角”轨道力，很难透过澳大利亚冬季风来影响东亚夏季风变化。

有研究对印太暖池西南边缘钻孔中浮游有孔虫进行δ¹⁸O和Mg/Ca比值分析，重建了过去41万年热带辐合带南缘的降雨记录[8]。与基于中国黄土重建的热带辐合带北缘降雨记录进行对比显示，ITCZ的南、北缘降雨在轨道倾角周期上呈反相位变化，表明过去41万年ITCZ的纬向迁移受地球倾角支配。高的倾角加强了阿古勒斯海流和暖水团向北输送，促进AMOC的加强，从而导致ITCZ向北迁移。

图5 热带辐合带南、北缘降雨记录对比

篇幅有限，对ITCZ的介绍点到为止。事实上，ITCZ在全球气候机制中扮演着非常重要的角色，科学家也在加大对其研究的力度。我相信终有一天，这位自然界的“雨神”会在我们面前揭下它的神秘面纱。

Reference

[1] 安芷生,吴国雄,李建平,孙有斌,刘屹岷,周卫健,蔡演军,段安民,李力,毛江玉,程海,石正国,谭亮成,晏宏,敖红,常宏,冯娟.全球季风动力学与气候变化[J].地球环境学报,2015,6(06):341-381.

[2] Broccoli A J, Dahl K A, Stouffer R J. Response of the ITCZ to Northern Hemisphere cooling[J]. Geophysical Research Letters, 2006, 33(1).

[3] Schneider T, Bischoff T, Haug G H. Migrations and dynamics of the intertropical convergence zone[J]. Nature, 2014, 513(7516): 45-53.

[4] 汪品先.全球季风的地质演变[J].科学通报,2009,54(05):535-556.

[5] Chiang J C H. The tropics in paleoclimate[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2009, 37: 263-297.

[6] Mamalakis A, Randerson J T, Yu J Y, et al. Zonally contrasting shifts of the tropical rain belt in response to climate change[J]. Nature Climate Change, 2021, 11(2): 143-151.

[7] Liu Y, Lo L, Shi Z, et al. Obliquity pacing of the western Pacific Intertropical Convergence Zone over the past 282,000 years[J]. Nature communications, 2015, 6(1): 10018.

[8] Zhang P, Xu J, Holbourn A, et al. Obliquity induced latitudinal migration of the Intertropical Convergence Zone during the past∼ 410 kyr[J]. Geophysical Research Letters, 2022, 49(21): e2022GL100039.

撰稿：知行

美编：刘俞伶

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来源：石头科普工作室

编辑：利有攸往

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