Внутритропическая зона конвергенции

Внутритропическая зона конвергенции изначально с 1920-х по 1940-е годы называлась внутритропическим фронтом (ITF); однако после осознания важности конвергенции ветровых полей в формировании тропической погоды в 1940-х и 1950-х годах был введён термин внутритропическая зона конвергенции (ITCZ)^[3].

Внутритропическая зона конвергенции проявляется как полоса облаков, обычно грозовых, опоясывающих земной шар вблизи экватора. В Северном полушарии пассатные ветры дуют на юго-запад из северо-востока, а в Южном полушарии — на северо-запад из юго-востока. Когда ITCZ располагается к северу или югу от экватора, эти направления меняются в соответствии с эффектом Кориолиса, вызванным вращением Земли. Например, когда ITCZ находится к северу от экватора, юго-восточный пассат становится юго-западным ветром при пересечении экватора. ITCZ формируется за счёт вертикальных движений, в основном проявляющихся как конвективная активность гроз, вызванная солнечным нагревом, который эффективно втягивает воздух; это и есть пассаты^[4]. ITCZ фактически является индикатором восходящей ветви ячейки Хэдли и характеризуется влажностью. Сухая нисходящая ветвь — это конские широты.

Положение ITCZ постепенно меняется в зависимости от времени года, примерно соответствуя положению теплового экватора. Поскольку теплоёмкость океанов выше, чем воздуха над сушей, миграция более выражена над сушей. Над океанами, где зона конвергенции выражена лучше, сезонный цикл более сглажен, поскольку конвекция ограничена распределением температур океана^[5]. Иногда формируется двойная ITCZ, с одной зоной к северу и другой к югу от экватора, причём одна из них обычно сильнее другой. В таких случаях между двумя зонами конвергенции формируется узкий хребет высокого давления.

ITCZ обычно определяется как экваториальная зона, где сходятся пассатные ветры. Сезонность осадков традиционно связывают с северо-южной миграцией ITCZ, которая следует за солнцем. Хотя это в основном справедливо для экваториальных океанов, ITCZ и область максимальных осадков могут быть разделены над континентами^[6][7]. Экваториальные осадки над сушей не являются просто реакцией на приземную конвергенцию. Скорее, они модулируются рядом региональных факторов, таких как локальные атмосферные струи и волны, близость к океанам, конвективные системы, вызванные рельефом, рециркуляция влаги, а также пространственно-временная изменчивость растительного покрова и альбедо^[6][8][9].

Южнотихоокеанская зона конвергенции (SPCZ) — это обратная по ориентации, или выровненная с запада-северо-запада на восток-юго-восток, впадина, простирающаяся от западного тёплого бассейна Тихого океана на юго-восток к Французской Полинезии. Она располагается немного южнее экватора в тёплый сезон Южного полушария, но может быть более экстра-тропической по характеру, особенно к востоку от линии перемены дат. SPCZ считается самой крупной и важной частью ITCZ и наименее зависимой от нагрева близлежащей суши летом по сравнению с другими частями муссонной впадины^[10]. Южная ITCZ в восточной тропической части Тихого океана и южной тропической Атлантике, известная как SITCZ, возникает в южно-полушарной осенью между 3° и 10° южной широты к востоку от 140° западной долготы во время нейтральных или холодных фаз Эль-Ниньо — Южного колебания (ENSO). Когда ENSO достигает тёплой фазы, известной как Эль-Ниньо, язык пониженной температуры поверхности моря из-за апвеллинга у побережья Южной Америки исчезает, что приводит к исчезновению этой зоны конвергенции^[11].

Изменение положения внутритропической зоны конвергенции существенно влияет на количество осадков во многих экваториальных странах, определяя влажные и сухие сезоны в тропиках вместо холодных и тёплых сезонов, характерных для более высоких широт. Долгосрочные изменения положения ITCZ могут приводить к сильным засухам или наводнениям в близлежащих районах.

В некоторых случаях ITCZ может становиться узкой, особенно когда она удаляется от экватора; тогда её можно рассматривать как фронт вдоль переднего края экваториального воздуха^[12]. Отмечается 15-25-дневный цикл грозовой активности вдоль ITCZ, что примерно составляет половину длины волны осцилляции Мэддена — Джулиана (MJO)^[13].

Внутри ITCZ средние ветры слабы, в отличие от зон к северу и югу от экватора, где господствуют пассаты. По мере того как трансэкваториальные морские путешествия становились всё более распространёнными, моряки XVIII века назвали этот пояс штилей doldrums из-за спокойных, застойных или неактивных ветров.

Формирование тропических циклонов зависит, в числе прочего, от наличия низкоуровневой вихревости, и ITCZ выполняет эту роль, являясь зоной изменения направления и скорости ветра, то есть горизонтального сдвига ветра. По мере того как ITCZ смещается в тропические и субтропические широты и даже дальше во время лета соответствующего полушария, возрастающий эффект Кориолиса делает формирование тропических циклонов в этой зоне более вероятным. Импульсы высокого давления из высоких широт могут усиливать тропические возмущения вдоль её оси^[14]. В тропической части северной Атлантики и восточной части тропической северной части Тихого океана тропические волны движутся вдоль оси ITCZ, вызывая увеличение грозовой активности, а скопления гроз могут развиваться при слабом вертикальном сдвиге ветра.

В эпоху парусного флота оказаться в этом регионе в условиях жары и влажности могло означать гибель, когда ветер был единственным эффективным способом передвижения судов через океан. Периоды штиля могли задерживать суда на дни или недели^[15]. В настоящее время яхтсмены и участники парусных гонок стараются пересечь эту зону как можно быстрее, поскольку неустойчивая погода и ветровые условия могут вызвать неожиданные задержки.

В 2009 году грозы вдоль внутритропической зоны конвергенции сыграли роль в катастрофе рейса 447 Air France, который разбился при перелёте из Рио-де-Жанейро — Галеан в Париж^[16]. Самолёт разбился без выживших, проходя через серию крупных гроз ITCZ, а быстрое образование льда на датчиках скорости стало причиной цепочки человеческих ошибок, приведших к катастрофе. Большинство самолётов, выполняющих эти маршруты, способны без происшествий обходить крупные конвективные ячейки.

Согласно палеоклиматическим прокси, положение и интенсивность ITCZ в доисторические времена менялись вместе с изменениями глобального климата. Во время событий Генриха за последние 100 тысяч лет южное смещение ITCZ совпадало с усилением северной ячейки Хэдли и ослаблением южной. ITCZ смещалась на север в среднем голоцене, но затем мигрировала на юг вслед за изменениями инсоляции в позднем голоцене к современному положению. Также ITCZ переживала периоды сжатия и расширения в течение последнего тысячелетия^[18]. Южное смещение ITCZ, начавшееся после 1950-х годов и продолжавшееся до 1980-х, возможно, было связано с аэрозольным охлаждением в Северном полушарии по результатам климатических моделей; затем начался северный откат вслед за форсированными изменениями температурного градиента между Северным и Южным полушариями. Эти колебания положения ITCZ существенно влияли на климат; например, смещение ITCZ могло привести к засухе в Сахеле в 1980-х^[19][20].

Атмосферная конвекция может стать сильнее и более сконцентрированной в центре ITCZ в ответ на глобальное потепление, что приведёт к усилению контраста осадков между ядром ITCZ (где осадки будут усиливаться) и её краями (где осадки будут подавляться). Атмосферные реанализы показывают, что ITCZ над Тихим океаном сужается и усиливается по крайней мере с 1979 года, что согласуется с данными спутниковых и наземных измерений осадков. Более сухие края ITCZ также связаны с увеличением выходящего длинноволнового излучения за пределами этих областей, особенно над сушей в средних широтах и субтропиках. Это изменение ITCZ также отражается в увеличении солёности в Атлантике и Тихом океане под краями ITCZ и уменьшении солёности под центральным поясом ITCZ. Шестой оценочный доклад МГЭИК отмечает «среднюю согласованность» исследований относительно усиления и сужения ITCZ из-за антропогенного изменения климата^[20].

Менее определёнными остаются региональные и глобальные смещения положения ITCZ в результате изменения климата: палеоклиматические данные и моделирование выделяют различия, связанные с асимметрией воздействия аэрозолей, вулканической активности и орбитальных вариаций, а также неопределённости, связанные с изменениями муссонов и атлантической меридиональной циркуляции. Климатические симуляции в рамках пятой фазы проекта сравнения сопряжённых моделей (CMIP5) не показали согласованного глобального смещения ITCZ при антропогенном изменении климата. Напротив, большинство тех же симуляций показывают сужение и усиление ITCZ при тех же условиях. Однако симуляции шестой фазы (CMIP6) показали большую согласованность по некоторым региональным смещениям ITCZ в ответ на антропогенное изменение климата, включая северное смещение над Индийским океаном и восточной Африкой и южное смещение над восточной частью Тихого и Атлантического океанов^[20].

Зона штилей подробно описана в поэме Сэмюэла Тейлора Кольриджа The Rime of the Ancient Mariner (1798), а также служит метафорой начального состояния скуки и безразличия главного героя Майло в классическом детском романе Нортона Джастера The Phantom Tollbooth (1961). Она также упоминается в книге Wind, Sand and Stars (1939).

• Конские широты
• Полярный фронт
• Ревущие сороковые