itcz 間熱帶輻合 為什麼會往高緯的方向彎 - 颱風討論

原文吃光光，上禮拜看到這篇，本魯就有回文的衝動了XD

但內容有點多，遲遲無法動筆(有點想分part1 part2來寫)





正文開始：


ITCZ assymmetric 其實一直是大氣界最難解的幾個問題之一，

原po這個問題讓我寫一百頁的paper可能都講不清，甚至現今的科學界

對ITCZ varoability都還不甚清楚(廢話提完就來幫大家整理知識了。)

目前對於ITCZ的知識分成兩派 (1) zonal mean (2)不是zonal mean (<--好像是廢話)



先來討論概念比較簡單的第一者：

(Part 1)
ITCZ存在的終極目標其實是為了幫地球守護熱力學第二定律
(之前我在fb的地科討論站寫過相關的回覆，就複製貼上一下)

熱力學第二定律告訴我們，entropy只增不減，也就是說能量註定往自由度最大的

方向移動。所謂自由度最大，就是均勻分配

而其實這透露了熱力學是個共產主義的世界...內部包含了兩個可能

(1)國家整體的發展以及 (2)消滅富人。-->這使得能量只能往大尺度和小尺度跑
(也是二維流體著名的，energy cascade)

最簡單的例子可以簡化到一個咖啡杯，當我們在咖啡杯中心滴入奶精，就算不經攪拌

奶精仍然會擴散到整個杯子，所以本來聚集在中心高濃度的奶精，

現在杯中每個咖啡都可以分到一點(充滿整個杯中-->就是large scale cascade)

而在奶精擴散的過程中，會拉出細細的細絲帶加速奶精擴散 (--> small scale cascade)


而大氣中的奶精就像是太陽入射的能量，以赤道最多兩極最少，因此就有然扮演擴散奶

精的機制，其中最著名的像是ITCZ, 颱風, gravity waves, tropical cloud cluster...

也因此，我們能判斷以全球的觀點來看，ITCZ其實是所謂的energy forced response

赤道送入的能量越多，向高緯度傳輸的能量以及環流就必須越強。

問題來了：如果今天兩個半球入射的能量不一樣多呢？

那ITCZ就會在兩個半球有不同的傳輸強度!

最簡單的例子就是冬半球和夏半球 ，今天當太陽直射夏半球，那ITCZ往冬半球的環流

就必須比較強，白話文就是ITCZ的上升區會落在夏半球，然後在高層大氣借由向外傳輸

高的 static energy=CpT+gz+Lq (PS：當然高層水汽比較少) 來平衡兩個半球的能量。

所以ITCZ如果在zonal mean的觀點上，有南北的不對稱，通常就是在兩個半球間的能量

傳輸不平衡。





(Part2)

那接下來討論ITCZ local response的觀點，

針對這塊理論，又能推到1980年代熱帶氣象關於降水的兩大門派

(1)Gill Soultion (2) Lidzen Nigam theory

前者認為，熱帶環流主要是借由大氣降水過程的對流加熱所強迫出來的，熱源在哪，

風就在哪，因此 Gill 1980 (神一般的paper，挪抬以示尊敬m(_ _)m )，利用在

淺水方程中擺入熱源，來強迫出大氣的環流。而這驚為天人的一擺，發現很多熱帶的風場

都能由此解釋 (包括ENSO環流, 熱帶波動, 季風槽, ITCZ...等)，

而這個模式做了幾個假設 (1)線性化風場 (2)角動量守恆 (3) equilibrium state

工商服務時間：
(細節和model下載可以參考小弟寫的 project 2和8 http://goo.gl/xtCvo1)

所以根據Gill 1980的解釋，ITCZ很有可能只是，warm SST強迫出來的對流和環流。
(暖海是最明顯的熱源)


但強者總是讓人想挑戰的，所以熱帶氣象的另外兩大巨頭 Lidzen and Sumant Nigam

在1987年，便用了另外一個解釋方法，他們認為，海溫分佈直接影響的低層的溫度分佈

以及氣壓分佈，冷海溫所引發的近海表高氣壓會將空氣往暖海溫上的低壓推送，同時考慮

邊界層內摩擦力的以及對流調整時間，ITCZ的最大輻合區應該出現海溫梯度最大的區域。

而這個部分在觀測上也相當明顯，像是東太平洋，大西洋以及印度洋的ITCZ降水區都出現

在海溫梯度最大的區域。


白話文說明一下兩者差異：Gill soultion降水或對流中心通常出現在海溫最暖處，

Lidzen Nigam則出現在海溫梯度最大處。 而這兩大派的理論適用的區域也有所不同，

Gill solution通常在解釋季風槽，或者是ENSO環流等會解釋的比較好，後者則在

SST gradient大的東太平洋,大西洋,中印度洋等區域有較高的解釋度。東太平洋降水

和SST gradient做相關係數分析甚至可以達八成以上。 這也提供了一個線索，

為何ITCZ有往北偏的趨勢? 可能是海溫分佈主導了這塊

(也就像上一篇的人所提到的洋流的分部可能影響了ITCZ的特徵)


至於這兩個理論的統一，則是UCLA的教授David Neelin在1989年有相關的paper說明了

數學式上的共通性。



以上是小弟的一些淺見，希望能不用數學式打昏大家腦袋，又能傳遞一些重要訊息

另外再次提供工商服務時間，因為小弟本身喜歡做大氣相關的數學建模，本身所學

以熱帶季內震盪(MJO) 熱帶波動 聖嬰動力相關的為主 (ITCZ我真的只是菜鳥XD)

歡迎有興趣的人一起討論 https://sites.google.com/site/q1q2dynamic/project

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