哈德里環流圈
藍色為上升氣流，紅色為沉降氣流，形成環流圈
哈德里環流圈（英語：Hadley cell）是指赤道附近受熱上升的氣流在上升到對流層後，分別向兩極方向移動，之後逐漸冷卻，約在緯度30度附近沉降，然后由地表向赤道移動，形成一個循環。哈德里環流圈是熱帶和亞熱帶地區太陽輻射和加熱差異導致的對流層內熱力直接環流。年平均而言，此環流圈的特徵是赤道兩側各有一個環流圈。南半球的哈德里環流圈平均強度略高於北半球的，並略微超出赤道延伸至北半球。在夏季和冬季，哈德里環流圈主要由一個跨赤道的環流圈主導，夏季半球空氣上升，冬季半球空氣下沉。類似的環流圈也可能出現在地外大氣層中，例如金星和火星。
全球氣候深受哈德里環流圈的結構和活動的影響。盛行的信風是哈德里環流圈下支的表現，它將熱帶地區的空氣和水汽匯聚，形成熱帶輻合帶（ITCZ），地球上降雨量最大的區域就位於此處。與哈德里環流圈季節性變化相關的熱帶輻合帶的移動導致了季風的形成。哈德里環流圈的下沉支形成了副熱帶高壓脊，抑制了降雨；地球上許多沙漠和乾旱地區都位於副熱帶地區，與下沉支的位置重疊。哈德里環流圈也是熱量、角動量和水汽經向輸送的關鍵機制，它有助於形成副熱帶高速氣流和濕潤的熱帶地區，並維持全球熱平衡。
哈德里環流圈以喬治·哈德里（George Hadley）的名字命名。 1735年，他提出存在跨越半球的環流圈，這種環流圈是由加熱差異所驅動的，以此來解釋信風的形成。後來，其他科學家提出了類似的論點，或者對哈德里的定性理論進行了批判，提供了更嚴謹的解釋和形式化的方法。 20世紀中期，隨著无线电探空仪能夠對對流層上部進行常規觀測，哈德里提出的那種廣泛的經向環流的存在得到了證實。觀測和氣候模式表明，至少從1980年代起，由於氣候變化，哈德里環流圈已經向極地擴展，同時環流強度也出現增強，但這種增強尚不確定；這些變化與區域天氣模式的趨勢相關。模型預測表明，由於氣候變化，哈德里環流圈將在整個21世紀持續擴大和減弱。
形成與發現
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哈德里環流圈的整體結構和機制——由受地球自轉影響、因溫度差異而運動的對流圈組成——最早由埃德蒙·哈雷於1685年提出，喬治·哈德里於1735年進一步提出。[1] 哈德里曾試圖解釋信風和西風帶的物理機制；[2] 哈德里環流和哈德里環流圈正是為紀念他的開創性工作而命名。[3][4] 儘管哈德里的思想涉及一些在他去世後才被正式確立的物理概念，但他的模型在很大程度上是定性的，缺乏數學上的嚴謹性。[5] 到1920年代，大多數氣象學家都認識到，哈德里的理論是對更複雜的大氣過程的簡化。[6] 哈德里環流圈可能是首次嘗試用物理過程來解釋地球大氣中風的全球分佈。然而，如果沒有高層大氣風的觀測，就無法驗證哈德里的假設。從20世紀中葉開始，常規無線電探空儀收集的數據證實了哈德里環流圈的存在。[1]
1735年喬治·哈德里（George Hadley）針對盛行西風與信風的形成原因提出了大氣環流的假設模型。他指出在赤道附近的空氣因為長時間被太陽照射，受熱後因其密度變低而上升，並往兩極移動，之後氣流隨著緯度變高而逐漸冷卻，密度增高後下降到地表附近，然後又移動回赤道，形成一個環流圈。
後來經過驗證，雖然赤道上升的氣流確實往兩極移動，但未如哈德里所假設的吹至兩極，而是在馬緯度（緯度30度附近）左右便沉降形成副熱帶高壓下沉气流，然後以信風形式吹回到赤道。不過整個循環和成因大致和哈德裡的假設相符，因此後世便將此一大氣環流稱為「哈德里環流圈」。
參見
[编辑]Notes
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ 1.0 1.1 James 2002，第919頁.
- ^ Wexler 1954，第958頁.
- ^ Sornatale 1990，第13頁.
- ^ Xian et al. 2021，第1頁.
- ^ Lorenz 1967，第4頁.
- ^ Frisinger 1977，第128頁.
資料來源
[编辑]- Grotjahn, Richard. GENERAL CIRCULATION | Mean Characteristics. Holton, James R.; Curry, Judith A.; Pyle, John A. (编). Encyclopedia of Atmospheric Sciences 1st. Amsterdam: Academic Press: 841–854. 2002. ISBN 978-0-12-227090-1. OCLC 4934268705. S2CID 133552491. doi:10.1016/B0-12-227090-8/00154-8 （英语）.
- Wexler, H. Transport Problems in the Atmosphere. Proceedings of the National Academy of Sciences. October 1954, 40 (10): 956–966. Bibcode:1954PNAS...40..956W. PMC 534200
. S2CID 129775796. doi:10.1073/pnas.40.10.956 .
- Sornatale, Frank. An Overview of Tropical Circulation (PDF) (报告). 557th Weather Wing. July 1990 [31 January 2023]. S2CID 127686444.
- Xian, Tao; Xia, Jingwen; Wei, Wei; Zhang, Zehua; Wang, Rui; Wang, Lian-Ping; Ma, Yong-Feng. Is Hadley Cell Expanding?. Atmosphere. 18 December 2021, 12 (12): 1699. Bibcode:2021Atmos..12.1699X. S2CID 245363124. doi:10.3390/atmos12121699 .
- Lorenz, Edward N. The Nature and Theory of the General Circulation of the Atmosphere (PDF) (报告). World Meteorological Organization. 1967 [21 February 2023]. S2CID 118888070.
- Frisinger, H. Howard. The End and the Beginning. The history of meteorology to 1800. New York: Science History Publications. 1977: 123–143. ISBN 978-1-940033-91-4.