紐約州立大學布羅克波特分校的地球科學副教授何塞·馬利卡爾解釋道
“追隨金錢”這句諺語經常被用來解釋政客的行為。大氣層的行為也可以用一個平衡表來解釋——不是金錢的平衡表,而是能量的平衡表。
太陽輻射是驅動地球大氣系統的主要能量來源。透過輻射吸收和再發射的迴圈,大氣層和下層地表交換能量。對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,而大氣層則不足。透過非輻射過程,即傳導和對流來加熱大氣層,從而建立平衡。所謂的潛熱是主要的機制。研究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;較高緯度地區的赤字在兩極達到峰值。再一次,大氣和海洋過程的作用是緩解這種不平衡。事實上,我們觀察到的大氣環流——全球海洋和氣流系統——就是這種南北不平衡的結果。
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在熱帶地區,大氣環流由一個南北向的環流圈組成,稱為哈德利環流。在赤道附近,大規模的對流導致空氣上升。當到達對流層上層時,這股空氣向極地流動。在發散的空氣之下,地表壓力下降並形成赤道槽。在海洋性熱帶地區,高大的對流雲形成於赤道槽附近,那裡的海面溫度相當高。這種深對流,是熱帶環流最顯著的特徵,在降水的陪伴下,將潛熱從地球表面輸送到高層大氣。
然而,在熱帶其他地區,非降水積雲主導著地貌。動力學約束迫使向極地流動的空氣下沉,當到達地球表面時,它又返回到赤道,完成哈德利環流。對流層上層的下沉運動穩定了下層大氣,這解釋了淺層非降水雲的普遍存在。儘管名稱如此,赤道槽在至日季節會深入到南半球。簡而言之,在熱帶對流的輔助下,哈德利環流將能量從對流層上部熱帶地區輸出到較高緯度地區,中緯度地區的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;在兩極上空的高層大氣中最低。因此,將大氣視為熱機是合乎邏輯的。它從一個溫暖的源頭提取能量,做功,並將未使用的能量沉積在一個冷的匯中。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。
也就是說,大氣熱機的效率相當低;有時,低效率會導致溫暖的源頭和冷的匯之間的差距增大。而這種差距需要一種更有效的能量傳遞機制,即颶風。與颶風(也稱為颱風和熱帶氣旋)相關的向內螺旋氣旋環流非常有效地提取潛熱。此外,颶風的移動有助於將能量輸出到較高緯度地區。因此,颶風季節發生在熱帶經向環流圈無法促進必要的赤道到極地能量傳遞的時期。作為回應,颶風發展潛力在大氣中逐漸建立。儘管一年中的每一天,地球上的某個地方都是颶風季節,但只有當一系列獨特的條件結合在一起時,颶風才會真正形成。
答案最初發佈於2003年7月。