Vận chuyển nhiệt và Tuần hoàn chung

Cách thức khí quyển và đại dương di chuyển nhiệt từ các vùng nhiệt đới giàu năng lượng về phía các cực, tổ chức các vành đai gió và hải lưu của hành tinh.

Definition

Vận chuyển nhiệt theo kinh tuyến là dòng năng lượng thuần hướng về phía cực do khí quyển và đại dương mang theo, và tuần hoàn chung là hệ thống gió và hải lưu quy mô hành tinh mà, trong số những chức năng khác, thực hiện sự vận chuyển này.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự vận chuyển năng lượng về phía cực nhằm bù đắp sự mất cân bằng bức xạ theo vĩ độ, và các hệ thống tuần hoàn thực hiện điều đó: các ô Hadley nhiệt đới, các xoáy và dòng tia ở vĩ độ trung bình, cùng với các hải lưu do gió và hải lưu đối lưu. Nó đề cập đến lượng nhiệt mà mỗi thành phần mang theo, cách phân chia giữa khí quyển và đại dương thay đổi theo vĩ độ, và cách tuần hoàn chung thiết lập mô hình rộng lớn của các đới khí hậu.

Core questions

• Tại sao hệ thống khí hậu phải vận chuyển nhiệt về phía cực?
• Sự vận chuyển được phân chia như thế nào giữa khí quyển và đại dương?
• Hệ thống tuần hoàn nào mang năng lượng ở các vĩ độ khác nhau?
• Vận chuyển nhiệt định hình sự phân bố các đới khí hậu như thế nào?

Key theories

Mất cân bằng bức xạ và sự vận chuyển cần thiết

Vì vùng nhiệt đới hấp thụ nhiều năng lượng mặt trời hơn lượng chúng bức xạ trong khi các vĩ độ cao bức xạ nhiều hơn lượng chúng hấp thụ, hệ thống khí hậu phải vận chuyển năng lượng về phía cực, với tổng lượng cần thiết được xác định bởi cân bằng bức xạ.

Sự phân chia giữa khí quyển và đại dương

Khí quyển chi phối sự vận chuyển về phía cực ở các vĩ độ trung bình thông qua các xoáy và tuần hoàn Hadley, trong khi đại dương chiếm một phần lớn ở vùng nhiệt đới thông qua các hải lưu do gió và hải lưu đối lưu.

Mechanisms

Sự dư thừa năng lượng mặt trời hấp thụ ở vùng nhiệt đới và sự thiếu hụt ở các vĩ độ cao tạo ra một gradient nhiệt độ thúc đẩy tuần hoàn. Các ô Hadley mang năng lượng ra khỏi vùng nhiệt đới, các xoáy baroclinic và dòng tia vận chuyển nó qua các vĩ độ trung bình, và các hải lưu di chuyển nước ấm về phía cực và nước lạnh về phía xích đạo, cùng nhau cung cấp nhiệt cần thiết để cân bằng sự thiếu hụt bức xạ ở các vĩ độ cao.

Clinical relevance

Vận chuyển nhiệt xác định sự tương phản nhiệt độ giữa xích đạo và các cực cũng như vị trí của các đường bão và vùng khô hạn, vì vậy những thay đổi trong đó dưới tác động của sự ấm lên sẽ định hình lại khí hậu khu vực và các hiện tượng thời tiết cực đoan.

History

Sự hiểu biết về tuần hoàn chung đã phát triển từ các khái niệm về ô đối lưu của Hadley và Ferrel đến sự công nhận vào giữa thế kỷ XX, thông qua công trình của Starr, Lorenz và những người khác, rằng các xoáy ở vĩ độ trung bình chi phối sự vận chuyển nhiệt trong khí quyển; dữ liệu bức xạ vệ tinh và quan sát đại dương sau đó đã định lượng sự phân chia giữa khí quyển và đại dương.

Debates

Tỷ lệ đóng góp của khí quyển so với đại dương trong vận chuyển nhiệt ở vùng nhiệt đới

Đóng góp tương đối của đại dương vào sự vận chuyển năng lượng về phía cực, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới, đã được tinh chỉnh khi các phép đo trực tiếp đại dương và phần dư cân bằng bức xạ được cải thiện.

Key figures

• Abraham Oort
• Kevin Trenberth
• Edward Lorenz
• Victor Starr

Seminal works

• peixotooort1992
• trenberthcaron2001

Frequently asked questions

Tại sao khí hậu cần vận chuyển nhiệt?

Vùng nhiệt đới hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn lượng chúng phát ra trong khi các cực phát ra nhiều hơn lượng chúng hấp thụ, vì vậy nếu không có sự vận chuyển về phía cực thì vùng nhiệt đới sẽ tiếp tục ấm lên và các cực sẽ tiếp tục lạnh đi.

Đại dương hay khí quyển mang nhiều nhiệt hơn về phía cực?

Khí quyển mang phần lớn nhiệt ở các vĩ độ trung bình và cao, trong khi đại dương mang một phần tương đương hoặc lớn hơn ở vùng nhiệt đới.