紐約州立大學布羅克波特分校地球科學副教授何塞·馬利卡爾解釋說
“追隨金錢”這句格言經常被用來解釋政治家的行為。大氣層的行為也可以用資產負債表來解釋——不是金錢的資產負債表，而是能量的資產負債表。
太陽輻射是驅動地球大氣系統的主要能量來源。透過輻射的吸收和再發射迴圈，大氣層和下方的地表交換能量。年度和全球平均條件的計算表明，地球表面具有淨輻射盈餘，而大氣層則出現短缺。透過非輻射過程，即傳導和對流來建立平衡，這些過程加熱大氣層。所謂的潛熱是主要的機制。考察輻射平衡作為緯度的函式，我們看到熱帶地區具有輻射盈餘；較高緯度的赤字在兩極達到峰值。大氣和海洋過程再次發揮作用以緩解這種不平衡。事實上，我們觀察到的大氣環流——全球海洋和氣流系統——正是源於這種南北不平衡。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
圖片來源：伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校 颶風走廊。 在地球上的某個地方，每天都是颶風季。這種風暴的產生是為了調整大氣層將潛熱從赤道輸送到兩極時發生的不平衡。 |
在熱帶地區，大氣環流由一個南北向的環流圈組成，稱為哈德萊環流圈。在赤道附近，大規模對流導致空氣上升。當到達對流層上層時，這些空氣向極地流動。在發散的空氣下方，地表壓力下降，形成赤道槽。在海洋性熱帶地區，高聳的對流雲在赤道槽附近形成，那裡的海面溫度非常高。這種深對流是熱帶環流最顯著的特徵，伴隨著降水，將潛熱從地球表面輸送到大氣層上層。
然而，在熱帶地區的其他地方，非降水積雲主導著景觀。動力學約束迫使向極地流動的空氣下沉，這些空氣到達地球表面後，返回赤道，完成哈德萊環流圈。對流層上層的下沉運動穩定了下方的大氣層，這解釋了淺層非降水雲的普遍存在。儘管名稱如此，但在至日季節，赤道槽會明顯地向南半球偏移。簡而言之，在熱帶對流的輔助下，哈德萊環流將能量從對流層上熱帶地區輸出到較高緯度，而中緯度環流特徵將熱帶地區與極地地區聯絡起來。
一般來說，觀測到的溫度在赤道槽附近最高；在兩極上空的大氣層上層最低。因此，將大氣層視為熱機是合乎邏輯的。它從熱源中提取能量，做功，並將未使用的能量沉積在冷阱中。這種大氣發動機所做的功驅動著大氣環流。只要太陽不均勻地溫暖地球表面，大氣熱機就會繼續驅動大氣環流。
話雖如此，大氣熱機的效率相當低；有時，低效率會導致熱源和冷阱之間的差距增大。而這種差距需要一種更有效的能量轉移機制，即颶風。與颶風相關的向內螺旋氣旋環流（也稱為颱風和熱帶氣旋）非常有效地提取潛熱。此外，颶風的移動有助於將能量輸送到較高緯度。因此，颶風季發生在熱帶子午環流圈無法促進必要的赤道到極地能量轉移的時期。作為回應，颶風發展的潛力在大氣層中積聚。儘管一年中的每一天，在這個星球的某個地方都是颶風季，但只有當一系列獨特的條件匯聚在一起時，颶風才會真正形成。