热量输送与大气环流

大气和海洋如何将热量从能量充沛的热带地区输送到两极，从而组织地球的风带和洋流。

Definition

经向热量输送是指大气和海洋携带的能量向极地的净通量，而大气环流是行星尺度的风和洋流系统，除其他功能外，它还实现了这种输送。

Scope

本主题涵盖了补偿纬度辐射不平衡的能量向极地输送，以及实现这一输送的环流系统：热带哈德利环流、中纬度涡流和急流，以及风驱动和翻转的洋流。它探讨了每个组成部分输送的热量，大气和海洋之间的分配如何随纬度变化，以及大气环流如何决定气候带的广泛模式。

Core questions

• 气候系统为何必须向极地输送热量？
• 热量输送在大气和海洋之间如何分配？
• 在不同纬度，哪些环流系统输送能量？
• 热量输送如何影响气候带的分布？

Key theories

辐射不平衡与所需输送

由于热带地区吸收的太阳能多于其辐射的能量，而高纬度地区辐射的能量多于其吸收的能量，因此气候系统必须向极地输送能量，所需的总能量由辐射收支决定。

大气与海洋之间的分配

大气通过涡流和哈德利环流在中纬度地区主导向极地输送，而海洋通过风驱动和翻转洋流在热带地区承担了很大一部分份额。

Mechanisms

热带地区吸收的太阳能过剩和高纬度地区的不足产生了驱动环流的温度梯度。哈德利环流将能量带出热带，斜压涡流和急流将其输送到中纬度地区，洋流将暖水向极地输送，冷水向赤道输送，共同提供平衡高纬度辐射不足所需的热量。

Clinical relevance

热量输送决定了赤道和两极之间的温差以及风暴路径和干旱区的位置，因此，在全球变暖背景下，热量输送的变化会重塑区域气候和极端天气。

History

对大气环流的理解从哈德利和费雷尔的翻转环流概念发展到20世纪中叶，通过斯塔尔、洛伦茨等人的工作，认识到中纬度涡流主导了大气热量输送；卫星辐射数据和海洋观测后来量化了大气和海洋之间的分配。

Debates

热带热量输送中大气与海洋的份额

随着直接海洋测量和辐射收支残差的改进，海洋对向极地能量输送的相对贡献，特别是在热带地区，得到了进一步的精确。

Key figures

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

Seminal works

• peixotooort1992
• trenberthcaron2001

Frequently asked questions

气候为何需要输送热量？

热带地区吸收的太阳光远多于其辐射的能量，而两极辐射的能量多于其吸收的能量，因此，如果没有向极地输送，热带地区将持续变暖，两极将持续变冷。

海洋还是大气向极地输送更多的热量？

在中高纬度地区，大气输送大部分热量，而在热带地区，海洋输送的份额与大气相当或更大。