نقل الحرارة والدوران العام
كيف ينقل الغلاف الجوي والمحيط الحرارة من المناطق المدارية الغنية بالطاقة نحو القطبين، مما ينظم أحزمة الرياح والتيارات الكوكبية.
Definition
نقل الحرارة الزوالي هو التدفق الصافي للطاقة نحو القطبين الذي يحمله الغلاف الجوي والمحيط، والدوران العام هو نظام الرياح والتيارات على نطاق الكوكب الذي يحقق هذا النقل، من بين أمور أخرى.
Scope
يغطي هذا الموضوع نقل الطاقة نحو القطبين الذي يعوض عدم التوازن العرضي للإشعاع، وأنظمة الدوران التي تحقق ذلك: خلايا هادلي المدارية، والدوامات وخطوط التيار النفاث في خطوط العرض الوسطى، والتيارات المحيطية المدفوعة بالرياح والانقلابية. ويتناول كمية الحرارة التي يحملها كل مكون، وكيف يتغير التقسيم بين الغلاف الجوي والمحيط مع خط العرض، وكيف يحدد الدوران العام النمط الواسع للمناطق المناخية.
Core questions
- لماذا يجب على النظام المناخي نقل الحرارة نحو القطبين؟
- كيف يتم تقسيم النقل بين الغلاف الجوي والمحيط؟
- ما هي أنظمة الدوران التي تحمل الطاقة عند خطوط عرض مختلفة؟
- كيف يشكل نقل الحرارة توزيع المناطق المناخية؟
Key theories
- عدم التوازن الإشعاعي والنقل المطلوب
- نظرًا لأن المناطق المدارية تمتص طاقة شمسية أكثر مما تشع بينما تشع خطوط العرض العليا أكثر مما تمتصه، يجب على النظام المناخي نقل الطاقة نحو القطبين، مع تحديد الإجمالي المطلوب بواسطة ميزانية الإشعاع.
- التقسيم بين الغلاف الجوي والمحيط
- يهيمن الغلاف الجوي على النقل نحو القطبين في خطوط العرض الوسطى من خلال الدوامات ودوران هادلي، بينما يحمل المحيط حصة كبيرة في المناطق المدارية من خلال التيارات المدفوعة بالرياح والانقلابية.
Mechanisms
يخلق فائض الطاقة الشمسية الممتصة في المناطق المدارية والعجز في خطوط العرض العليا تدرجًا حراريًا يدفع الدوران. تحمل خلايا هادلي الطاقة خارج المناطق المدارية، وتنقل الدوامات الباروكلينية وخطوط التيار النفاث الطاقة عبر خطوط العرض الوسطى، وتحرك التيارات المحيطية المياه الدافئة نحو القطبين والمياه الباردة نحو خط الاستواء، مما يوفر معًا الحرارة اللازمة لموازنة عجز الإشعاع في خطوط العرض العليا.
Clinical relevance
يحدد نقل الحرارة التباين في درجات الحرارة بين خط الاستواء والقطبين وموقع مسارات العواصف والمناطق القاحلة، لذا فإن التغيرات فيه في ظل الاحترار تعيد تشكيل المناخ الإقليمي والظواهر الجوية المتطرفة.
History
تطور فهم الدوران العام من مفاهيم هادلي وفيريل للخلايا الانقلابية إلى الاعتراف في منتصف القرن العشرين، من خلال أعمال ستار ولورنز وآخرين، بأن الدوامات في خطوط العرض الوسطى تهيمن على نقل الحرارة في الغلاف الجوي؛ وقد قامت بيانات الإشعاع الساتلية وملاحظات المحيطات لاحقًا بتحديد كمية التقسيم بين الغلاف الجوي والمحيط.
Debates
- حصة الغلاف الجوي مقابل المحيط في نقل الحرارة المدارية
- تم تحسين المساهمة النسبية للمحيط في نقل الطاقة نحو القطبين، خاصة في المناطق المدارية، مع تحسن القياسات المحيطية المباشرة وبقايا ميزانية الإشعاع.
Key figures
- Abraham Oort
- Kevin Trenberth
- Edward Lorenz
- Victor Starr
Related topics
Seminal works
- peixotooort1992
- trenberthcaron2001
Frequently asked questions
- لماذا يحتاج المناخ إلى نقل الحرارة؟
- تمتص المناطق المدارية ضوء الشمس أكثر بكثير مما تبعث بينما تبعث الأقطاب أكثر مما تمتصه، لذا بدون النقل نحو القطبين ستستمر المناطق المدارية في الاحترار وستستمر الأقطاب في التبريد.
- هل يحمل المحيط أم الغلاف الجوي المزيد من الحرارة نحو القطبين؟
- يحمل الغلاف الجوي معظم الحرارة في خطوط العرض الوسطى والعليا، بينما يحمل المحيط حصة مماثلة أو أكبر في المناطق المدارية.