纽约州立大学布罗克波特分校的地球科学副教授何塞·马利卡尔解释道
“追随金钱”这句谚语经常被用来解释政客的行为。大气层的行为也可以用一个平衡表来解释——不是金钱的平衡表,而是能量的平衡表。
太阳辐射是驱动地球大气系统的主要能量来源。通过辐射吸收和再发射的循环,大气层和下层地表交换能量。对年度和全球平均条件的计算表明,地球表面具有净辐射盈余,而大气层则不足。通过非辐射过程,即传导和对流来加热大气层,从而建立平衡。所谓的潜热是主要的机制。研究辐射平衡作为纬度的函数,我们看到热带地区具有辐射盈余;较高纬度地区的赤字在两极达到峰值。再一次,大气和海洋过程的作用是缓解这种不平衡。事实上,我们观察到的大气环流——全球海洋和气流系统——就是这种南北不平衡的结果。
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在热带地区,大气环流由一个南北向的环流圈组成,称为哈德利环流。在赤道附近,大规模的对流导致空气上升。当到达对流层上层时,这股空气向极地流动。在发散的空气之下,地表压力下降并形成赤道槽。在海洋性热带地区,高大的对流云形成于赤道槽附近,那里的海面温度相当高。这种深对流,是热带环流最显著的特征,在降水的陪伴下,将潜热从地球表面输送到高层大气。
然而,在热带其他地区,非降水积云主导着地貌。动力学约束迫使向极地流动的空气下沉,当到达地球表面时,它又返回到赤道,完成哈德利环流。对流层上层的下沉运动稳定了下层大气,这解释了浅层非降水云的普遍存在。尽管名称如此,赤道槽在至日季节会深入到南半球。简而言之,在热带对流的辅助下,哈德利环流将能量从对流层上部热带地区输出到较高纬度地区,中纬度地区的环流特征将热带地区与极地地区联系起来。
一般来说,观测到的温度在赤道槽附近最高;在两极上空的高层大气中最低。因此,将大气视为热机是合乎逻辑的。它从一个温暖的源头提取能量,做功,并将未使用的能量沉积在一个冷的汇中。这种大气发动机所做的功驱动着大气环流。只要太阳不均匀地温暖地球表面,大气热机就会继续驱动大气环流。
也就是说,大气热机的效率相当低;有时,低效率会导致温暖的源头和冷的汇之间的差距增大。而这种差距需要一种更有效的能量传递机制,即飓风。与飓风(也称为台风和热带气旋)相关的向内螺旋气旋环流非常有效地提取潜热。此外,飓风的移动有助于将能量输出到较高纬度地区。因此,飓风季节发生在热带经向环流圈无法促进必要的赤道到极地能量传递的时期。作为回应,飓风发展潜力在大气中逐渐建立。尽管一年中的每一天,地球上的某个地方都是飓风季节,但只有当一系列独特的条件结合在一起时,飓风才会真正形成。
答案最初发布于2003年7月。