Dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ, còn gọi là dải hội tụ nội chí tuyến) là vành đai mây mưa bao quanh Trái Đất gần xích đạo, nơi gió mậu dịch từ hai bán cầu gặp nhau, đẩy không khí nóng ẩm bốc lên thành những cột mây dông khổng lồ. Đây là nhánh đi lên của vòng hoàn lưu Hadley. Dải này không nằm cố định ở xích đạo mà dịch chuyển theo mùa về phía bán cầu đang mùa hè, và tính trung bình nằm hơi lệch về phía bắc xích đạo, khoảng 5° Bắc.
Nơi gió mậu dịch gặp nhau
Ở Bắc bán cầu, gió mậu dịch thổi từ hướng đông bắc; ở Nam bán cầu, từ hướng đông nam. Hai dòng gió ấy hội tụ ở một dải hẹp quanh xích đạo. Không khí dồn vào không có chỗ thoát sang ngang thì phải đi lên.
Không khí nhiệt đới rất ấm và chứa nhiều hơi nước. Khi bốc lên, nó lạnh đi, hơi nước ngưng tụ, nhả ra nhiệt ẩn làm cột khí càng nóng và càng bốc mạnh. Kết quả là những đám mây vũ tích cao tới 15–18 km, đỉnh chạm đáy tầng bình lưu, đổ mưa rào nặng hạt kèm dông sét. Từ trên cao, dải mây ấy giống một sợi chuỗi hạt trắng đứt quãng vòng quanh hành tinh.
Những "tháp nóng"
Năm 1958, Herbert Riehl và Joanne Malkus (sau này là Joanne Simpson, người phụ nữ đầu tiên ở Mỹ nhận bằng tiến sĩ khí tượng học) đưa ra một ý tưởng quan trọng: không khí ở dải hội tụ không bốc lên đều đặn trên diện rộng, mà đi lên chủ yếu qua những lõi mây dông rất mạnh gọi là tháp nóng (hot towers). Chính các tháp này đưa năng lượng từ mặt biển lên đỉnh tầng đối lưu để vòng Hadley chạy được. Ý tưởng ấy về sau được quan sát bằng máy bay và vệ tinh xác nhận về cơ bản.
Vùng lặng gió: nỗi sợ của thuỷ thủ
Không khí ở dải hội tụ chủ yếu đi lên chứ không đi ngang, nên sát mặt biển gió thường yếu và đổi hướng thất thường, xen giữa là những cơn dông bất chợt. Thuỷ thủ thời thuyền buồm gọi vùng này là doldrums, tạm dịch "vùng lặng gió". Một con tàu có thể nằm ì nhiều ngày dưới nắng gắt, nước ngọt cạn dần, rồi bất ngờ bị một cơn dông quất tới.
Bài thơ The Rime of the Ancient Mariner (1798) của Samuel Taylor Coleridge có hai câu nổi tiếng tả con tàu bị lặng gió gần xích đạo: "As idle as a painted ship / Upon a painted ocean" — con tàu đứng im như vẽ trên một mặt biển vẽ. Hình ảnh ấy đã đi vào tiếng Anh như một thành ngữ cho sự bất động.
Dải hội tụ di chuyển theo mùa
Dải hội tụ đi theo vùng nóng nhất, thường gọi là "xích đạo nhiệt", chứ không theo xích đạo địa lý. Khi Mặt Trời chiếu thẳng ở Bắc bán cầu (khoảng tháng 6–8), dải dịch lên phía bắc; khi Mặt Trời ở Nam bán cầu (khoảng tháng 12–2), nó dịch xuống phía nam.
| Khu vực | Đặc điểm dịch chuyển |
|---|---|
| Đông Thái Bình Dương, Đại Tây Dương | Dịch ít, gần như quanh năm nằm phía bắc xích đạo (khoảng 3–10° Bắc) |
| Châu Phi | Dịch mạnh, từ khoảng 15° Nam tới khoảng 15–20° Bắc, quyết định mùa mưa của vùng Sahel |
| Nam Mỹ | Dịch xuống phía nam lưu vực Amazon vào mùa hè Nam bán cầu |
| Ấn Độ Dương – châu Á – Australia | Dịch xa nhất, gắn chặt với hệ thống gió mùa lớn |
Trên đất liền, dải dịch xa hơn trên biển vì đất nóng lên và nguội đi nhanh. Nhiều nơi trong vùng nhiệt đới có hai mùa mưa mỗi năm, ứng với hai lần dải hội tụ đi qua, một lần đi lên và một lần đi xuống.
Vì sao dải hội tụ lệch về phía bắc
Nếu Trái Đất đối xứng hoàn hảo, dải hội tụ trung bình sẽ nằm đúng ở xích đạo. Nhưng tính trung bình cả năm, nó nằm khoảng 5° Bắc. Lý do được tranh luận nhiều thập kỷ; các giải thích chính gồm:
- Hình dạng lục địa và đường bờ biển: bờ biển châu Mỹ và châu Phi nghiêng khiến gió và dòng biển ở phía đông Thái Bình Dương và Đại Tây Dương làm nước phía nam xích đạo lạnh hơn.
- Đại dương chở nhiệt qua xích đạo: hệ thống dòng chảy đảo lộn ở Đại Tây Dương chở nhiệt từ Nam bán cầu lên Bắc bán cầu, khiến Bắc bán cầu ấm hơn một chút. Một nghiên cứu của Frierson và cộng sự trên Nature Geoscience (2013) cho rằng đây là nguyên nhân chính.
Một quy tắc rút ra từ nghiên cứu: dải hội tụ có xu hướng dịch về phía bán cầu ấm hơn. Vì vậy những gì làm một bán cầu nóng lên hay lạnh đi, như núi lửa lớn, băng tan, bụi khói công nghiệp, đều có thể đẩy vành đai mưa này đi chỗ khác.
Khi vành đai mưa trượt chỗ
Hàng trăm triệu người sống dựa vào mưa của dải hội tụ. Chỉ cần nó dịch đi vài độ vĩ hay tới muộn vài tuần, cả một vùng có thể mất mùa.
- Hạn hán vùng Sahel (dải đất bán khô hạn phía nam Sahara) trong thập niên 1970–1980 là một trong những đợt hạn kéo dài nghiêm trọng nhất thế kỷ 20. Nhiều nghiên cứu liên hệ nó với việc dải hội tụ trên châu Phi không lên đủ xa về phía bắc, do thay đổi nhiệt độ mặt biển, có phần đóng góp của sol khí ô nhiễm từ Bắc bán cầu làm Bắc Đại Tây Dương mát hơn.
- Trầm tích hồ và hang động cho thấy trong quá khứ, dải hội tụ từng dịch hẳn về phía nam vào các thời kỳ lạnh ở Bắc bán cầu, và lên xa hơn về phía bắc vào những thời kỳ ấm như khoảng 6.000–9.000 năm trước, khi Sahara còn là đồng cỏ có hồ nước.
Một thách thức cho mô hình khí hậu
Nhiều mô hình khí hậu toàn cầu gặp một lỗi dai dẳng gọi là "dải hội tụ kép": mô hình sinh ra hai vành đai mưa, một ở bắc và một ở nam xích đạo trên đông Thái Bình Dương, trong khi thực tế chủ yếu chỉ có dải phía bắc. Lỗi này đã tồn tại qua nhiều thế hệ mô hình và là một chỉ dấu cho thấy cách mô phỏng mây và tương tác biển – khí quyển vẫn còn chỗ chưa đúng.
Góc nhìn hôm nay
- Ảnh vệ tinh địa tĩnh toàn đĩa (như Himawari của Nhật, GOES của Mỹ, có công bố công khai) cho thấy rõ dải mây xích đạo. Xem ảnh vài tháng một lần để thấy nó dịch lên xuống.
- Bản đồ lượng mưa trung bình tháng từ sứ mệnh vệ tinh GPM của NASA và JAXA vẽ dải hội tụ như một vệt mưa đậm vòng quanh hành tinh.
- Muốn đọc sâu, bài tổng quan "The Intertropical Convergence Zone" trên Encyclopaedia Britannica và các bài tổng quan của Schneider, Bischoff và Haug (Nature, 2014) về sự dịch chuyển của dải hội tụ là điểm xuất phát tốt.
Câu hỏi thường gặp
Dải hội tụ nhiệt đới là gì?
Là vành đai mây mưa quanh vùng xích đạo, nơi gió mậu dịch từ hai bán cầu gặp nhau và không khí nóng ẩm bốc lên thành mây dông. Đây là nhánh đi lên của vòng hoàn lưu Hadley và là một trong những vùng mưa nhiều nhất Trái Đất.
ITCZ viết tắt của gì?
Là Intertropical Convergence Zone, tiếng Việt gọi là dải hội tụ nhiệt đới hoặc dải hội tụ nội chí tuyến. Trong lịch sử, thuỷ thủ gọi vùng lặng gió đi kèm là doldrums.
Vì sao dải hội tụ nhiệt đới di chuyển?
Vì nó đi theo vùng được sưởi nóng nhất, dịch về bán cầu đang mùa hè. Trên đất liền nó dịch xa hơn trên biển, vì đất nóng lên và nguội đi nhanh hơn nước.
Vì sao gọi vùng xích đạo là vùng lặng gió?
Vì ở dải hội tụ, không khí chủ yếu bốc lên theo chiều đứng nên gió sát mặt biển thường yếu và thất thường. Thuyền buồm có thể nằm im nhiều ngày, xen giữa là những cơn dông bất chợt.
Dải hội tụ nhiệt đới nằm ở đâu?
Trung bình cả năm nằm khoảng 5° Bắc, lệch nhẹ về phía bắc xích đạo. Trên biển phía đông Thái Bình Dương và Đại Tây Dương nó gần như luôn ở phía bắc xích đạo; trên lục địa nó dịch xa hơn theo mùa.
