Хадлијева ћелија

Хадлијева ћелија, названа по Џорџу Хадлију, је тропска атмосферска циркулација глобалних размера која обухвата уздизање ваздуха у близини Екватора, проток ка половима на висини од 10 до 15 километара изнад земљине површине, спуштање у суптропима, и затим враћање назад у близини површине. Ова циркулација ствара пасате, тропске кишне појасеве и урагане, суптропске пустиње и млазне токове. Хадлијеве ћелије су прекретничке нискоалтитудне циркулације које узрокују потањање ваздуха на око нула до 30 степени географске ширине.

Вертикална брзина на 500 хПа, јулски просек у јединицама паскал у секунди. Успон (негативне вредности) је концентрисан близу соларног екватора; силазак (позитивне вредности) је дифузнији.

Механизам

Покретачка снага атмосферске циркулације је неравномерна расподела соларног загревања по Земљи, која је највеће у близини екватора, а најмање на половима. Кружење атмосфере преноси енергију према половима, смањујући на тај начин температурни градијент између екватора и полова. Механизми помоћу којих се то остварује разликују се у тропским и екстратропским латитудама.

Хадлијеве ћелије постоје са обе стране екватора. Свака ћелија латитудно окружује глобус и делује тако што транспортује енергију од екватора до око 30. географске ширине. Ова циркулација испојава следеће појаве:

• Топао, влажан ваздух који се приближава екватору узрокује обилне падавине. Ово ослобађа латентну топлоту, покрећући снажна узлазна кретања.
• Тај ваздух се уздиже до тропопаузе, на око 10–15 километара надморске висине, где ваздух више није узлазан.
• Без способности да настави успињење, овај субстратосферски ваздух уместо тога бива потиснут у правцу полова услед континуираног уздизања доњих слојева ваздуха.
• Како се ваздух креће у смеру полова, он се хлади и стиче снажну компоненту усмерења према истоку, услед Кориолисовог ефекта и очувања угаоног момента. Резултирајући ветрови формирају суптропске млазне токове.
• На овој географској ширини сада хладни, суви високоалтитудни ваздух почиње да тоне. Како тоне, адијабатски се загрева, смањујући своју релативну влажност.
• Близу површине фрикциони повратни ток довршава петљу, апсорбујући влагу на путу. Кориолисов ефекат даје овом току западну компоненту, стварајући пасате.

Хадлијева циркулација показује сезонске варијације. Током солстицијске сезоне (ДЈФ и ЈЈА), узлазни крак Хадлијеве ћелије се не јавља директно преко екватора већ на летњој хемисфери. На годишњем просеку, узлазна грана је благо померена у северну хемисферу, чиме се ствара јача Хадлијева ћелија у јужној хемисфери. Ово доказује мали транспорт нето енергије са северне на јужну хемисферу.

Хадлијев систем пружа пример термички директне циркулације. Термодинамичка ефикасност Хадлијевог система, који се сматра топлотним мотором, била је релативно константна током периода 1979–2010 године, са просеком од 2,6%. Током истог интервала, снага генерисана Хадлијевим режимом расла је просечном стопом од око 0,54 ТВ годишње; ово одражава повећање уноса енергије у систем у складу са уоченим повећањем температуре морске површине тропског мора.

Свеукупно, средње меридијанске циркулационе ћелије попут Хадлијеве циркулације нису нарочито ефикасне у смањењу температурног градијента од екватора до пола услед поништавања између транспорта различитих типова енергије. У Хадлијевој ћелији се уочљива и латентна топлота транспортују ка екватору у близини површине, док се потенцијална енергија преноси у супротном смеру, ка половима. Резултирајући нето транспорт ка половима је само око 10% тог транспорта потенцијалне енергије. Ово је делимично резултат снажних ограничења која се намећу атмосферским кретањима очувањем угаоне количине кретања.

Историја открића

Хадлијеве ћелије унутар идеализованог приказа Земљине атмосферске циркулације какве се могу појавити у еквиноксу.

Дугорочне средње падавине по месецима

Формације облака на чувеној слици Земље са Апола 17 чине атмосферу циркулацију директно видљивом

Почетком 18. века, Џорџ Хадли, енглески правник и аматерски метеоролог, био је незадовољан теоријом коју је астроном Едмонд Халеј предложио за објашњење ветрова. Оно што је несумњиво било тачно у Халејевој теорији је да соларно грејање ствара кретање екваторијалног ваздуха нагоре, а ваздушна маса са суседних географских ширина мора притицати да замени уздигнуту ваздушну масу. Али за западну компоненту пасата, Халеј је предложио да, крећући се небом, Сунце различито загрева ваздушну масу током дана. Хадли није био задовољан тим делом Халејеве теорије, и његов став је био исправан. Хадли је први препознао да ротација Земље игра улогу у одређивању правца у коме се ваздушна маса креће у односу на Земљу. Хадлијева теорија, објављена 1735. године, остала је непозната, али је касније независно откривена неколико пута. Међу поновним откривачима био је и Џон Далтон, који је касније сазнао за Хадлијев приоритет.

Временом је механизам који је предложио Хадли постао прихваћен, и постепено је његово име у све већој мери повезано са овом појавам. Крајем 19. века показало се да је Хадлијева теорија била недостатна у неколико погледа. Један од првих који је тачно израчунао динамику био је Вилијам Ферел. Требало је прође много деценија да би тачна теорија постала прихваћена, и чак и данас се Хадлијева теорија још увек може повремено сусрести, посебно у популарним књигама и на веб сајтовима. Хадлијева теорија била је општеприхваћена теорија довољно дуго да његово име постане универзално везано за образац циркулације у тропској атмосфери. Године 1980, Исак Хелд и Артур Хоу су развили модел Хелд-Хоа, како би описали Хадлијеву циркулацију.

Главни утицаји на падавине по географској ширини

Регион у коме се ваздушне масе које се крећу према екватору конвергирају и подижу, познат је као зона интертропске конвергенције или ИТЦЗ. Унутар те зоне развија се појас грмљавинских олуја које производе велике количине падавина.

Изгубивши већину своје водене паре услед кондензације и падавина у узлазној грани циркулације Хадлијеве ћелије, ваздух који се спушта је сув. Како се ваздух спушта, стварају се ниске релативне влажности, док се ваздух загрева адијабатски компресијом из ваздуха изнад њега, стварајући подручје већег притиска. Субтропи су релативно слободни од конвекције или грмљавине које су уобичајене у екваторијалном појасу. Многе светске пустиње налазе се на овим суптропским ширинама. Међутим, пустиње се не простиру на источној страни различитих континената због океанских струја изазваних пасатом.

Експанзија Хадлијеве ћелије

Већина сувих подручја Земље налази се у областима испод силазног дела Хадлијевог циркуса на ширини од око 30 степени. Постоје докази да је ширење Хадлијевих ћелија повезано са климатским променама. Модели сугеришу да ће се Хадлијева ћелија проширити са повећаном средњом глобалном температуром (можда за 2 степена географске ширине у 21. веку). То би могло довести до великих промена у падавинама на географским ширинама на ивици ћелија. Научници страхују да би глобално загревање могло донети промене екосистема у дубоким тропима и да ће пустиње постајати све сувље и ширити се. Како подручја око 30 степени географске ширине постају сувља, они који живе у том региону видеће мање падавина него што се традиционално очекује, што би могло створити потешкоће у снабдевању храном и одржавањем живота. Постоје снажни докази о палеоклиматским климатским променама у кишним шумама централне Африке око 850 пне. Палинолошки (фосилно поленски) докази показују драстичну промену биома кишне шуме у односу на ону отворене саване као последицу сушења великих размера које није нужно повезано са повременом сушом, већ можда са постепеним загревањем. Хипотеза да пад соларне активности смањује латиноидни опсег Хадлијеве циркулације и смањује интензитет средњелатитудних монсуна, подудара се са подацима који показују повећану сувост у централној западној Африци и порастом нивоа падавина у умереним зонама на северу. У међувремену, средњелатитудне олујне путање у умјереним зонама су појачане и померене према екватору.

Види још

• Интертропицал цонвергенце зоне
• Преваилинг wинд
• Субтропицал ридге
• Феррел целл

Литература

• УС Департмент оф Цоммерце, Натионал Оцеаниц анд Атмоспхериц Администратион. „Wхат аре тхе Хорсе Латитудес?”. оцеансервице.ноаа.гов (на језику: енглески). Приступљено 14. 4. 2019. 
• Монкхоусе, Ф. Ј. (12. 7. 2017). А Дицтионарy оф Геограпхy (на језику: енглески). Роутледге. ИСБН 9781351535656. 
• Yоцханан Кусхнир (2000). „Тхе Цлимате Сyстем: Генерал Цирцулатион анд Цлимате Зонес”. Архивирано из оригинала 22. 08. 2004. г. Приступљено 13. 3. 2012. 
• „Тхе пхyсицал енвиронмент оф тхе Антарцтиц”. Бритисх Антарцтиц Сурвеy (БАС). 
• „Регионал цлимате вариатион анд wеатхер”. РГС-ИБГ ин партнерсхип wитх БАС. Архивирано из оригинала 6. 3. 2015. г. 
• „Wелцоме то тхе Цолдест Тоwн он Еартх”. Сциентифиц Америцан. 2008. 
• „Енвисат wатцхес фор Ла Нина”. БНСЦ. 3. 3. 2006. Архивирано из оригинала 24. 4. 2008. г. Приступљено 26. 7. 2007. 
• „Тхе Тропицал Атмоспхере Оцеан Арраy: Гатхеринг Дата то Предицт Ел Ниñо”. Целебратинг 200 Yеарс. НОАА. 8. 1. 2007. Приступљено 26. 7. 2007. 
• „Оцеан Сурфаце Топограпхy”. Оцеанограпхy 101. ЈПЛ, НАСА. 5. 7. 2006. Архивирано из оригинала 14. 4. 2009. г. Приступљено 26. 7. 2007. 
• „Аннуал Сеа Левел Дата Суммарy Репорт Јулy 2005 – Јуне 2006” (ПДФ). Тхе Аустралиан Баселине Сеа Левел Мониторинг Пројецт. Буреау оф Метеорологy. Архивирано из оригинала (ПДФ) 7. 8. 2007. г. Приступљено 26. 7. 2007. 

Спољашње везе

• Planetary-scale tropospheric systems, John Brandon's 'Fly Safe!' tutorials
• Planetary scale tropospheric systems, Recreational Aviation Australia