Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Hadley Cell )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вертикальная скорость на уровне 500 гПа, средняя июльская скорость в паскалях в секунду. Восхождение (отрицательные значения) сосредоточено вблизи солнечного экватора; спуск (положительные значения) более размытый.

Hadley клетка , названная в честь Джорджа Хедли , глобальный масштаб тропических циркуляция атмосферы , которая показывает воздух , поднимающимся вблизи экватора, протекающий полюс на высоту от 10 до 15 километров над поверхностью Земли, спускаясь в субтропиках, а затем возвращается к экватору вблизи поверхность. Эта циркуляция создает пассаты , тропические дождевые пояса и ураганы , субтропические пустыни и реактивные течения . Ячейки Хэдли представляют собой опрокидывающуюся циркуляцию на малых высотах, при которой воздух опускается примерно на широту от нуля до 30 градусов.

Механизм [ править ]

Движущей силой атмосферной циркуляции является неравномерное распределение солнечного тепла по Земле, которое является наибольшим около экватора и наименьшим на полюсах. Атмосферная циркуляция переносит энергию к полюсу, тем самым уменьшая результирующий градиент температуры от экватора к полюсу. Механизмы, с помощью которых это достигается, различаются в тропических и внетропических широтах.

Клетки Хэдли существуют по обе стороны от экватора. Каждая ячейка окружает земной шар по широте и переносит энергию от экватора примерно на 30-ю широту. В циркуляции проявляются следующие явления: [1]

  • Тёплый влажный воздух, сближающийся у экватора, вызывает обильные осадки. Это высвобождает скрытое тепло, вызывая сильные восходящие движения.
  • Этот воздух поднимается до тропопаузы , примерно на 10–15 километров над уровнем моря, где воздух больше не является плавучим.
  • Не имея возможности продолжать подниматься, этот субстратосферный воздух вместо этого выталкивается к полюсу из-за непрерывного подъема воздуха внизу.
  • Когда воздух движется к полюсу, он охлаждается и получает сильную восточную составляющую из-за эффекта Кориолиса и сохранения углового момента . Возникающие в результате ветры образуют субтропические реактивные течения .
  • На этой широте теперь уже прохладный, сухой, высокогорный воздух начинает тонуть. По мере опускания он адиабатически нагревается, снижая его относительную влажность.
  • Возле поверхности обратный поток трения замыкает петлю, впитывая влагу на своем пути. Эффект Кориолиса придает этому потоку западную составляющую, создавая пассаты .

Циркуляция Хэдли подвержена сезонным колебаниям. Во время сезонов солнцестояния (DJF и JJA) восходящая ветвь ячейки Хэдли происходит не непосредственно над экватором, а скорее в летнем полушарии. В среднем за год восходящая ветвь немного смещена в северное полушарие, уступая место более сильной ячейке Хэдли в южном полушарии. Это свидетельствует о небольшом чистом переносе энергии из северного в южное полушарие. [1]

Система Хэдли представляет собой пример термически прямой циркуляции. Термодинамический КПД системы Хэдли, рассматриваемой как тепловая машина, был относительно постоянным в период 1979–2010 годов и составлял в среднем 2,6%. За тот же интервал мощность, генерируемая режимом Хэдли, росла в среднем примерно на 0,54 ТВт в год; это отражает увеличение поступления энергии в систему в соответствии с наблюдаемым повышением температуры поверхности моря в тропиках. [2]

В целом, ячейки средней меридиональной циркуляции, такие как циркуляция Хэдли, не особенно эффективны для уменьшения градиента температуры от экватора к полюсу из-за компенсации между переносами различных типов энергии. В ячейке Хэдли как явное, так и скрытое тепло переносятся к экватору вблизи поверхности, в то время как потенциальная энергия переносится вверху в противоположном направлении, к полюсу. В результате чистый перенос к полюсу составляет лишь около 10% этого потенциального переноса энергии. Отчасти это является результатом сильных ограничений, накладываемых на атмосферные движения сохранением углового момента. [1]

История открытия [ править ]

Клетки Хэдли в идеализированном изображении атмосферной циркуляции Земли, как они могут выглядеть в момент равноденствия .

В начале 18 века Джордж Хэдли , английский юрист и метеоролог- любитель , был недоволен теорией, которую астроном Эдмонд Галлей предложил для объяснения пассатов. Что, несомненно, было правильным в теории Галлея, так это то, что солнечное нагревание создает восходящее движение экваториального воздуха, а воздушные массыиз соседних широт должны прибыть, чтобы заменить поднявшиеся воздушные массы. Но для западной составляющей пассатов Галлей предположил, что, двигаясь по небу, Солнце по-разному нагревает воздушные массы в течение дня. Хэдли не удовлетворила эта часть теории Галлея, и это было справедливо. Хэдли был первым, кто осознал, что вращение Земли играет роль в направлении, принимаемом воздушной массой при ее движении относительно Земли. Теория Хэдли, опубликованная в 1735 году, осталась неизвестной, но несколько раз независимо открывалась заново. Среди открывателей был Джон Далтон., который позже узнал о приоритете Хэдли. Со временем механизм, предложенный Хэдли, был принят, и со временем его имя все больше ассоциировалось с ним. К концу XIX века было показано, что теория Хэдли несовершенна в нескольких отношениях. Одним из первых, кто правильно объяснил динамику, был Уильям Феррел . На то, чтобы принять правильную теорию, потребовалось много десятилетий, и даже сегодня теорию Хэдли можно время от времени встретить, особенно в популярных книгах и на веб-сайтах. [3] Теория Хэдли была общепринятой теорией достаточно долго, чтобы его имя стало повсеместно ассоциироваться с моделью циркуляции в тропической атмосфере. В 1980 году Исаак Хелд и Артур Хоу разработали модель Хельд-Хоу. для описания циркуляции Хэдли.

Среднее многолетнее количество осадков по месяцам
Облачные образования на знаменитом снимке Земли с Аполлона-17 делают атмосферную циркуляцию видимой.

Существенное влияние на осадки по широте [ править ]

Область, в которой движущиеся к экватору воздушные массы сходятся и поднимаются, известна как зона межтропической конвергенции , или ITCZ. В этой зоне развивается группа гроз с большим количеством осадков.

Потеряв большую часть водяного пара из-за конденсации и осаждения в восходящей ветви циркуляции ячейки Хэдли, нисходящий воздух является сухим (не влажным). По мере опускания воздуха создается низкая относительная влажность, поскольку воздух адиабатически нагревается за счет сжатия вышележащего воздуха, создавая область с более высоким давлением. Субтропики относительно свободны от конвекции или гроз, которые обычны в экваториальном поясе. Многие пустыни мира расположены в этих субтропических широтах. Однако пустыни не простираются до восточной стороны различных континентов из-за океанских течений, вызванных пассатами.

Расширение ячейки Хэдли [ править ]

Большинство засушливых регионов Земли расположено в областях ниже нисходящей части циркуляции Хэдли, примерно на 30 градусах широты. [4] Есть некоторые свидетельства того, что расширение ячеек Хэдли связано с изменением климата. [5] Модели предполагают, что ячейка Хэдли будет расширяться с повышением средней глобальной температуры (возможно, на 2 градуса широты в течение 21 века [6] ). Это может привести к большим изменениям количества осадков на широтах на краю ячеек. [4] Ученые опасаются, что глобальное потепление может привести к изменениям в экосистемах глубоких тропиков и что пустыни станут суше и расширятся. [6] По мере того, как районы около 30 градусов широты станут суше, жители этого региона будут видеть меньше осадков, чем обычно ожидалось, что может вызвать проблемы с запасами продовольствия и улучшением условий жизни. [7] Имеются убедительные доказательства изменения палеоклимата в тропических лесах Центральной Африки в c. 850 г. до н.э. [8] Палинологические данные (ископаемая пыльца) показывают резкое изменение биома тропического леса по сравнению с биомом открытой саванны в результате широкомасштабного высыхания, не обязательно связанного с периодической засухой, но, возможно, с постепенным потеплением. Гипотеза о том, что снижение солнечной активности уменьшает протяженность циркуляции Хэдли по широте и снижает интенсивность среднеширотных муссонов, подтверждается данными, показывающими повышенную засушливость в центрально-западной Африке и увеличение количества осадков в умеренных зонах на севере. Между тем, среднеширотные штормовые пути в умеренных зонах увеличивались и смещались к экватору. [9]

См. Также [ править ]

  • Зона межтропической конвергенции
  • Преобладающий ветер
  • Субтропический хребет
  • Ячейка Ферреля

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c L., Хартманн, Деннис (02.01.2016). Глобальная физическая климатология . Эльзевир. С. 165–76. ISBN 9780123285317. OCLC  944522711 .
  2. ^ Цзюньлинь Хуан; Майкл Б. МакЭлрой (2014). «Вклад циркуляций Хэдли и Ферреля в энергетику атмосферы за последние 32 года» . Журнал климата . 27 (7): 2656–2666. Bibcode : 2014JCli ... 27.2656H . DOI : 10,1175 / jcli-d-13-00538.1 .
  3. ^ Андерс Перссон (2006). «Принцип Хэдли: понимание и неправильное понимание пассатов» (PDF) . История метеорологии . 3 : 17–42. Архивировано из оригинального (PDF) 25 июня 2008 года . Проверено 26 ноября 2007 .
  4. ^ а б Дарган М. В. Фриерсон; Цзянь Лу; Ганг Чен (2007). «Ширина ячейки Хэдли в простых и всеобъемлющих моделях общей циркуляции» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 34 (18): L18804. Bibcode : 2007GeoRL..3418804F . DOI : 10.1029 / 2007GL031115 .
  5. ^ Сяо-Вэй Цюань; Генри Ф. Диас; Мартин П. Хорлинг (2004). «Изменения в тропической ячейке Хэдли с 1950 года». У Генри Ф. Диаса; Раймонд С. Брэдли (ред.). Циркуляция Хэдли: настоящее, прошлое и будущее . Достижения в исследованиях глобальных изменений. 21 . Springer Нидерланды. С. 85–120. DOI : 10.1007 / 978-1-4020-2944-8 . ISBN 978-1-4020-2943-1. Препринт к публикации « Изменение тропической клетки Хэдли с 1950 года », Центр диагностики климата NOAA-CIRES (2004 г.) (файл PDF, 2,9 МБ)
  6. ^ а б Дайан Дж. Зайдель; Цянь Фу; Уильям Дж. Рэндел; Томас Дж. Райхлер (2007). «Расширение тропического пояса в условиях меняющегося климата». Природа Геонауки . 1 (1): 21–4. Bibcode : 2008NatGe ... 1 ... 21S . DOI : 10.1038 / ngeo.2007.38 .
  7. ^ Селеста М. Йохансон; Цян Фу (2009). «Расширение ячейки Хэдли: моделирование против наблюдений» (PDF) . Журнал климата . 22 (10): 2713–25. Bibcode : 2009JCli ... 22.2713J . CiteSeerX 10.1.1.457.1538 . DOI : 10.1175 / 2008JCLI2620.1 .  
  8. ^ Ван Гел Б., ван - дер - Plicht, J., Kilian, MR (1998). «Резкое повышение 14C примерно на 800 кал. Л. Н.: Возможные причины, связанные климатические телесвязи и влияние на среду обитания человека». Радиоуглерод . 40 (1): 535–550.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ ван Гил Б., Ренссен, Х. (1998). «Резкое изменение климата около 2650 г. до н.э. в Северо-Западной Европе: свидетельства климатических телесвязей и предварительное объяснение». В Issar, AS, Brown, N. (ed.). Вода, окружающая среда и общество во времена изменения климата . Kluwer Academic Publishers, Дордрехт. С. 21–41.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Тропосферные системы планетарного масштаба, книга Джона Брэндона "Fly Safe!" учебные пособия
  • Тропосферные системы планетарного масштаба, Рекреационная авиация Австралии