celda hadley

Característica de circulación atmosférica tropical.

Velocidad vertical promedio (en pascales por segundo) a una altura de presión de 500 hPa en julio de 1979 a 2001. El ascenso (valores negativos) se concentra cerca del ecuador solar mientras que el descenso (valores positivos) es más difuso; su distribución es una huella de las ramas ascendente y descendente de la circulación de Hadley.

La célula de Hadley , también conocida como circulación de Hadley , es una circulación atmosférica tropical a escala global que presenta aire que se eleva cerca del ecuador y fluye hacia los polos cerca de la tropopausa a una altura de 12 a 15 km (7,5 a 9,3 millas) sobre la superficie de la Tierra. , enfriándose y descendiendo en los subtrópicos a alrededor de 25 grados de latitud, y luego regresando hacia el ecuador cerca de la superficie. Es una circulación térmica directa dentro de la troposfera que surge debido a las diferencias de insolación y calentamiento entre los trópicos y subtrópicos. En promedio anual, la circulación se caracteriza por una celda de circulación a cada lado del ecuador. La célula de Hadley del hemisferio sur es ligeramente más fuerte en promedio que su contraparte del norte y se extiende ligeramente más allá del ecuador hacia el hemisferio norte. Durante los meses de verano e invierno, la circulación de Hadley está dominada por una única célula transecuatorial con aire que asciende en el hemisferio de verano y desciende en el hemisferio de invierno. Circulaciones análogas pueden ocurrir en atmósferas extraterrestres , como en Venus y Marte .

El clima global está muy influenciado por la estructura y el comportamiento de la circulación de Hadley. Los vientos alisios predominantes son una manifestación de las ramas inferiores de la circulación de Hadley, que convergen el aire y la humedad en los trópicos para formar la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), donde se encuentran las lluvias más intensas de la Tierra. Los cambios en la ZCIT asociados con la variabilidad estacional de la circulación de Hadley provocan monzones . Las ramas que se hunden de las células de Hadley dan lugar a las dorsales oceánicas subtropicales y suprimen las precipitaciones; Muchos de los desiertos y regiones áridas de la Tierra están ubicados en los subtrópicos coincidiendo con la posición de las ramas que se hunden. La circulación de Hadley es también un mecanismo clave para el transporte meridional de calor, momento angular y humedad, contribuyendo a la corriente en chorro subtropical , los trópicos húmedos y manteniendo un equilibrio térmico global .

La circulación de Hadley lleva el nombre de George Hadley , quien en 1735 postuló la existencia de células de circulación que abarcan todo el hemisferio impulsadas por diferencias en el calentamiento para explicar los vientos alisios. Posteriormente, otros científicos desarrollaron argumentos similares o criticaron la teoría cualitativa de Hadley, proporcionando explicaciones y formalismo más rigurosos. La existencia de una amplia circulación meridional del tipo sugerido por Hadley se confirmó a mediados del siglo XX, una vez que las observaciones rutinarias de la troposfera superior estuvieron disponibles mediante radiosondas . Las observaciones y los modelos climáticos indican que la circulación de Hadley se ha expandido hacia los polos desde al menos la década de 1980 como resultado del cambio climático , con una intensificación acompañante pero menos segura de la circulación; Estos cambios se han asociado con tendencias en los patrones climáticos regionales. Las proyecciones de los modelos sugieren que la circulación se ampliará y debilitará a lo largo del siglo XXI debido al cambio climático.

Mecanismo y características.

En promedio, la circulación de Hadley está compuesta por dos células en los hemisferios norte y sur que hacen circular aire dentro de los trópicos .

La circulación de Hadley describe el giro amplio, térmicamente directo, ^[a] y meridional ^[b] del aire dentro de la troposfera en las latitudes bajas . ^[2] Dentro de la circulación atmosférica global , el flujo meridional de aire promediado a lo largo de líneas de latitud se organiza en circulaciones de movimientos ascendentes y descendentes junto con el movimiento de aire hacia el ecuador o hacia el polo llamado células meridionales. Estas incluyen las prominentes "células de Hadley" centradas en los trópicos y las más débiles " células de Ferrell " centradas en las latitudes medias . ^[3] Las células de Hadley resultan del contraste de insolación entre las regiones ecuatoriales cálidas y las regiones subtropicales más frías . El calentamiento desigual de la superficie de la Tierra da como resultado regiones de aire ascendente y descendente. A lo largo de un año, las regiones ecuatoriales absorben más radiación del Sol de la que irradian . En latitudes más altas, la Tierra emite más radiación de la que recibe del Sol. Sin un mecanismo para intercambiar calor meridionalmente, las regiones ecuatoriales se calentarían y las latitudes más altas se enfriarían progresivamente en desequilibrio . El amplio ascenso y descenso del aire da como resultado una fuerza de gradiente de presión que impulsa la circulación de Hadley y otros flujos a gran escala tanto en la atmósfera como en el océano , distribuyendo calor y manteniendo un equilibrio térmico global a largo plazo y subestacional . ^[4]

La circulación de Hadley cubre casi la mitad de la superficie de la Tierra, abarcando aproximadamente desde el Trópico de Cáncer hasta el Trópico de Capricornio . ^[4] Verticalmente, la circulación ocupa toda la profundidad de la troposfera. ^[5] Las células de Hadley que componen la circulación consisten en aire transportado hacia el ecuador por los vientos alisios en la troposfera inferior que asciende cuando se calienta cerca del ecuador, junto con aire que se mueve hacia los polos en la troposfera superior. ^[6] El aire que se mueve hacia los trópicos se enfría y luego se hunde antes de regresar hacia el ecuador a los trópicos; ^[7] la posición del aire descendente asociado con la célula de Hadley se utiliza a menudo como medida de la anchura meridional de los trópicos globales. ^[8] El retorno de aire hacia el ecuador y la fuerte influencia del calentamiento hacen de la celda Hadley una circulación cerrada y accionada térmicamente. ^[7] Debido al ascenso boyante del aire cerca del ecuador y al hundimiento del aire en latitudes más altas, se desarrolla un gradiente de presión cerca de la superficie con presiones más bajas cerca del ecuador y presiones más altas en los subtrópicos; esto proporciona la fuerza motriz para el flujo hacia el ecuador en la troposfera inferior. Sin embargo, la liberación de calor latente asociada con la condensación en los trópicos también relaja la disminución de la presión con la altura, lo que resulta en presiones más altas en los trópicos en comparación con las subtropicales para una altura determinada en la troposfera superior; este gradiente de presión es más fuerte que su homólogo cercano a la superficie y proporciona la fuerza motriz para el flujo hacia los polos en la troposfera superior. ^{[9] Las células de Hadley se identifican más comúnmente utilizando la} función de corriente de vientos meridionales ponderada en masa y promediada zonalmente , pero también pueden identificarse mediante otros parámetros físicos medibles o derivables, como el potencial de velocidad o el componente vertical del viento en un punto en particular. nivel de presión . ^[10]

Dadas la latitud y el nivel de presión , la función de la corriente de Stokes que caracteriza la circulación de Hadley viene dada por ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle p}$

${\displaystyle \psi (\phi ,p)={\frac {2\pi a\cos \phi }{g}}\int _{0}^{p}[v(\phi ,p)]\,dp}$

donde es el radio de la Tierra , es la aceleración debida a la gravedad de la Tierra y es el viento meridional promediado zonalmente en la latitud y el nivel de presión prescritos. El valor de da el flujo de masa meridional integrado entre el nivel de presión especificado y la parte superior de la atmósfera terrestre, con valores positivos que indican transporte de masa hacia el norte. ^[11] La fuerza de las celdas de Hadley se puede cuantificar basándose en la inclusión de los valores máximos y mínimos o promedios de la función de la corriente tanto en general como a varios niveles de presión. La intensidad de las células de Hadley también se puede evaluar utilizando otras cantidades físicas como el potencial de velocidad, la componente vertical del viento, el transporte de vapor de agua o la energía total de la circulación. ^[12] ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle [v(\phi ,p)]}$ ${\displaystyle \psi }$ ${\displaystyle \psi }$

Estructura y componentes

La estructura de la circulación de Hadley y sus componentes se pueden inferir graficando los promedios zonales y temporales de los vientos globales en toda la troposfera. En escalas de tiempo más cortas, los sistemas climáticos individuales perturban el flujo del viento. Aunque la estructura de la circulación de Hadley varía estacionalmente, cuando los vientos se promedian anualmente (desde una perspectiva euleriana ), la circulación de Hadley es aproximadamente simétrica y está compuesta por dos células de Hadley similares, una en cada uno de los hemisferios norte y sur, que comparten una región común de aire ascendente cerca del ecuador; ^[1] sin embargo, la célula de Hadley del hemisferio sur es más fuerte. ^[13] Los vientos asociados con la circulación de Hadley promediada anualmente son del orden de 5 m/s (18 km/h; 11 mph). ^[1] Sin embargo, al promediar los movimientos de las parcelas de aire en comparación con los vientos en ubicaciones fijas (una perspectiva lagrangiana ), la circulación de Hadley se manifiesta como una circulación más amplia que se extiende más hacia el polo. ^[14] Cada célula de Hadley puede describirse mediante cuatro ramas principales del flujo de aire dentro de los trópicos: ^{[15] [16]}

• Una rama inferior hacia el ecuador dentro de la capa límite planetaria
• Una rama ascendente cerca del ecuador
• Una rama superior hacia el polo en la troposfera superior.
• Una rama descendente en los subtrópicos

La convergencia de los vientos cerca del ecuador da como resultado la Zona de Convergencia Intertropical, lo que obliga al aire a ascender y forma la rama ascendente de la circulación de Hadley.

Los vientos alisios en las bajas latitudes de los hemisferios norte y sur de la Tierra hacen converger el aire hacia el ecuador, produciendo un cinturón de baja presión atmosférica que exhibe abundantes tormentas y fuertes lluvias conocido como Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). ^{[4] [17]} Este movimiento del aire hacia el ecuador cerca de la superficie de la Tierra constituye la rama inferior de la célula de Hadley. ^[18] La posición de la ZCIT está influenciada por el calor de las temperaturas de la superficie del mar (TSM) cerca del ecuador y la fuerza de los gradientes de presión a través del ecuador. En general, la ZCIT se encuentra cerca del ecuador o está desplazada hacia el hemisferio de verano, donde se encuentran las TSM más cálidas. ^{[19] [20]} En promedio anual, la rama ascendente de la circulación de Hadley está ligeramente desplazada hacia el hemisferio norte, lejos del ecuador. ^[13] Debido a la fuerza de Coriolis , los vientos alisios se desvían en dirección opuesta a la dirección de rotación de la Tierra, soplando parcialmente hacia el oeste en lugar de directamente hacia el ecuador en ambos hemisferios. La rama inferior acumula humedad resultante de la evaporación en los océanos tropicales de la Tierra. ^[21] Un ambiente más cálido y los vientos convergentes obligan al aire húmedo a ascender cerca del ecuador, lo que da como resultado la rama ascendente de la célula de Hadley. ^[4] El movimiento ascendente se ve reforzado aún más por la liberación de calor latente a medida que la elevación de aire húmedo da como resultado una banda ecuatorial de condensación y precipitación . ^{[3] [21]} La rama ascendente de la circulación de Hadley ocurre en gran medida en tormentas eléctricas que ocupan sólo alrededor del uno por ciento de la superficie de los trópicos. ^[22] El transporte de calor en la rama ascendente de la circulación de Hadley se logra de manera más eficiente mediante torres calientes  : nubes cumulonimbus que soportan fuertes corrientes ascendentes que no se mezclan con el aire más seco que se encuentra comúnmente en la troposfera media y, por lo tanto, permiten el movimiento del aire desde las zonas altamente húmedas. la troposfera inferior tropical hacia la troposfera superior. Se necesitan aproximadamente entre 1.500 y 5.000 torres calientes al día cerca de la región de la ZCIT para sostener el transporte vertical de calor exhibido por la circulación de Hadley. ^[23]

El ascenso del aire se eleva hacia la troposfera superior a una altura de 12 a 15 km (7,5 a 9,3 millas), después de lo cual el aire diverge hacia afuera de la ZCIT y hacia los polos. ^[24] La parte superior de la célula de Hadley está determinada por la altura de la tropopausa, ya que la estratosfera estable de arriba impide el ascenso continuo del aire. ^[25] El aire que surge de las latitudes bajas tiene un mayor momento angular absoluto alrededor del eje de rotación de la Tierra. La distancia entre la atmósfera y el eje de la Tierra disminuye hacia los polos; Para conservar el momento angular, las parcelas de aire que se mueven hacia los polos deben acelerar hacia el este. ^[26] El efecto Coriolis limita la extensión de la circulación de Hadley hacia los polos, acelerando el aire en la dirección de la rotación de la Tierra y formando una corriente en chorro dirigida zonalmente en lugar de continuar el flujo de aire hacia los polos en el límite hacia los polos de cada célula de Hadley. ^{[27] [28]} Considerando solo la conservación del momento angular, una porción de aire en reposo a lo largo del ecuador aceleraría a una velocidad zonal de 134 m/s (480 km/h; 300 mph) cuando alcanzara los 30°. latitud. Sin embargo, la turbulencia a pequeña escala a lo largo del recorrido de la parcela hacia el polo y los remolinos a gran escala en las latitudes medias disipan el momento angular. ^[29] El chorro asociado con la célula de Hadley del hemisferio sur es más fuerte que su homólogo del norte debido a la mayor intensidad de la célula del hemisferio sur. ^[30] Las latitudes más altas y más frías provocan el enfriamiento de las parcelas de aire, lo que hace que el aire hacia los polos finalmente descienda. ^[26] Cuando el movimiento del aire se promedia anualmente, la rama descendente de la célula de Hadley se encuentra aproximadamente sobre el paralelo 25 norte y el paralelo 25 sur . ^[1] La humedad en las zonas subtropicales es luego advectada en parte hacia el polo por remolinos y en parte hacia el ecuador por la rama inferior de la célula de Hadley, desde donde luego es llevada hacia la ZCIT. ^[31] Aunque la célula de Hadley promediada zonalmente está organizada en cuatro ramas principales, estas ramas son agregaciones de flujos de aire más concentrados y regiones de transporte masivo. ^[32]

Varias teorías y modelos físicos han intentado explicar el ancho latitudinal de la célula de Hadley. ^[33] El modelo de Held-Hou proporciona una restricción teórica sobre la extensión meridional de las células de Hadley. Al asumir una atmósfera simplificada compuesta por una capa inferior sujeta a la fricción de la superficie de la Tierra y una capa superior libre de fricción, el modelo predice que la circulación de Hadley se restringiría a 2.500 km (1.600 millas) del ecuador si las parcelas no tener alguna calefacción neta dentro de la circulación. ^[2] Según el modelo de Held-Hou, la latitud del borde hacia el polo de la célula de Hadley se escala según ${\displaystyle \phi }$

${\displaystyle \phi \propto {\sqrt {\frac {g\Delta \theta H_{t}}{\Omega ^{2}a^{2}\theta _{0}}}}}$

donde es la diferencia de temperatura potencial entre el ecuador y el polo en equilibrio radiativo, es la altura de la tropopausa, es la velocidad de rotación de la Tierra y es una temperatura potencial de referencia. ^[33] Otros modelos compatibles postulan que el ancho de la célula de Hadley puede escalar con otros parámetros físicos, como la frecuencia de Brunt-Väisälä promediada verticalmente en la tropopósfera o la tasa de crecimiento de las ondas baroclínicas emitidas por la célula. ^[34] ${\displaystyle \Delta \theta }$ ${\displaystyle H_{t}}$ ${\displaystyle \Omega }$ ${\displaystyle \theta _{0}}$

Estacionalidad y variabilidad.

Función de flujo de Stokes promedio anual y mensual basada en valores de 1991 a 2020 del reanálisis de NCEP/NCAR ; Las células de Hadley son las dos células que giran en sentido contrario adyacentes al ecuador.

La circulación de Hadley varía considerablemente con los cambios estacionales. Alrededor del equinoccio durante la primavera y el otoño, ya sea para el hemisferio norte o sur, la circulación de Hadley toma la forma de dos células de Hadley relativamente más débiles en ambos hemisferios, que comparten una región común de ascenso sobre la ZCIT y mueven el aire hacia el hemisferio respectivo de cada célula. . ^[4] Sin embargo, más cerca de los solsticios , la circulación de Hadley pasa a una célula de Hadley transecuatorial más singular y más fuerte con aire que se eleva en el hemisferio de verano y desciende ampliamente en el hemisferio de invierno. ^{[4] [35]} La transición entre la configuración de dos células y la de una sola célula es abrupta, y durante la mayor parte del año la circulación de Hadley se caracteriza por una única célula de Hadley dominante que transporta aire a través del ecuador. ^[36] En esta configuración, la rama ascendente está ubicada en las latitudes tropicales del hemisferio más cálido de verano y la rama descendente está ubicada en las latitudes subtropicales del hemisferio más frío de invierno. ^[37] Todavía hay dos células presentes en cada hemisferio, aunque la célula del hemisferio de invierno se vuelve mucho más prominente mientras que la célula del hemisferio de verano se desplaza hacia los polos. ^[38] La intensificación de la célula del hemisferio invernal está asociada con un aumento de los gradientes en la altura geopotencial , lo que lleva a una aceleración de los vientos alisios y flujos meridionales más fuertes. ^[39] La presencia de continentes relaja los gradientes de temperatura en el hemisferio de verano, acentuando el contraste entre las células de Hadley hemisféricas. ^[40] Los datos de reanálisis de 1979 a 2001 indicaron que la célula de Hadley dominante en el verano boreal se extendía desde 13°S a 31°N en promedio. ^{[41] [c]} Tanto en los inviernos boreales como en los australes, el Océano Índico y el Océano Pacífico occidental contribuyen más a los movimientos ascendentes y descendentes en la circulación de Hadley promediada zonalmente. Sin embargo, los flujos verticales sobre África y América son más marcados en el invierno boreal. ^{[42] [43]}

En escalas de tiempo interanuales más largas, las variaciones en la circulación de Hadley están asociadas con variaciones en El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), lo que impacta el posicionamiento de la rama ascendente; ^{[44] [45]} la respuesta de la circulación al ENSO no es lineal, con una respuesta más marcada a los eventos de El Niño que a los eventos de La Niña . ^[45] Durante El Niño, la circulación de Hadley se fortalece debido al aumento del calor de la troposfera superior sobre el Pacífico tropical y la resultante intensificación del flujo hacia los polos. ^{[46] [47]} Sin embargo, estos cambios no son asimétricos; durante los mismos eventos, las células de Hadley sobre el Pacífico occidental y el Atlántico se debilitan. ^[48] ​​Durante el Niño Atlántico , la circulación sobre el Atlántico se intensifica. La circulación del Atlántico también aumenta durante los períodos en que la oscilación del Atlántico Norte es fuertemente positiva. ^[49] La variación en la circulación de Hadley promediada estacionalmente y anualmente de un año a otro se explica en gran medida por dos modos de oscilación yuxtapuestos : un modo simétrico ecuatorial caracterizado por una sola célula a ambos lados del ecuador y un modo simétrico ecuatorial caracterizado por dos células a cada lado del ecuador. ^[50]

Energética y transporte

La célula de Hadley redistribuye el calor, contrarrestando el calentamiento desigual de la Tierra.

La célula de Hadley es un mecanismo importante mediante el cual se transporta humedad y energía tanto entre los trópicos y subtrópicos como entre los hemisferios norte y sur. ^[51] Sin embargo, no es un transportador eficiente de energía debido a los flujos opuestos de la rama inferior y superior, con la rama inferior transportando calor sensible y latente hacia el ecuador y la rama superior transportando energía potencial hacia el polo. El transporte neto de energía resultante hacia el polo representa alrededor del 10 por ciento del transporte total de energía involucrado en la celda Hadley. ^[52] La rama descendente de la célula de Hadley genera cielos despejados y un excedente de evaporación en relación con la precipitación en los subtrópicos. ^[53] La rama inferior de la circulación de Hadley realiza la mayor parte del transporte del exceso de vapor de agua acumulado en la atmósfera subtropical hacia la región ecuatorial. ^[54] La fuerte célula de Hadley del hemisferio sur en relación con su contraparte del norte conduce a un pequeño transporte neto de energía desde el hemisferio norte al hemisferio sur; ^[13] como resultado, el transporte de energía en el ecuador se dirige hacia el sur en promedio, ^[55] con un transporte neto anual de alrededor de 0,1 PW. ^[56] En contraste con las latitudes más altas donde los remolinos son el mecanismo dominante para el transporte de energía hacia los polos, los flujos meridionales impuestos por la circulación de Hadley son el mecanismo principal para el transporte de energía hacia los polos en los trópicos. ^{[57] [31]} Como circulación térmicamente directa, la circulación de Hadley convierte la energía potencial disponible en energía cinética de los vientos horizontales. ^[58] Según datos de enero de 1979 y diciembre de 2010, la circulación de Hadley tiene una potencia promedio de 198  TW , con máximos en enero y agosto y mínimos en mayo y octubre. ^[59] Aunque la estabilidad de la tropopausa limita en gran medida el movimiento del aire desde la troposfera a la estratosfera, ^[25] parte del aire troposférico penetra en la estratosfera a través de las células de Hadley. ^[60]

Las ondas baroclínicas que se desarrollan a lo largo del chorro subtropical en los límites polares de las células de Hadley transportan energía hacia los polos.

La circulación de Hadley puede idealizarse como una máquina térmica que convierte la energía térmica en energía mecánica . A medida que el aire se mueve hacia el ecuador cerca de la superficie de la Tierra, acumula entropía de la superficie ya sea por calentamiento directo o por el flujo de calor sensible o latente . En la rama ascendente de una célula de Hadley, el ascenso del aire es aproximadamente un proceso adiabático con respecto al ambiente circundante. Sin embargo, a medida que las parcelas de aire se mueven hacia el ecuador en la rama superior de la célula, pierden entropía al irradiar calor al espacio en longitudes de onda infrarrojas y descienden en respuesta. ^[1] Este enfriamiento radiativo se produce a una velocidad de al menos 60 W m ⁻² y puede superar los 100 W m ⁻² en invierno. ^[53] El calor acumulado durante la rama de la circulación hacia el ecuador es mayor que el calor perdido en la rama superior hacia el polo; el exceso de calor se convierte en energía mecánica que impulsa el movimiento del aire. ^[1] Esta diferencia en el calentamiento también da como resultado que la circulación de Hadley transporte calor hacia el polo, ya que el aire que suministra la rama superior de la celda de Hadley tiene mayor energía estática húmeda que el aire que suministra la rama inferior de la celda. ^[3] Dentro de la atmósfera terrestre, la escala de tiempo en la que las parcelas de aire pierden calor debido al enfriamiento radiativo y la escala de tiempo en la que el aire se mueve a lo largo de la circulación de Hadley están en órdenes de magnitud similares, lo que permite que la circulación de Hadley transporte calor a pesar del enfriamiento en la circulación. rama superior. ^[61] El aire con una temperatura potencial alta finalmente se mueve hacia el polo en la troposfera superior, mientras que el aire con una temperatura potencial más baja se lleva hacia el ecuador cerca de la superficie. ^[62] Como resultado, la circulación de Hadley es un mecanismo mediante el cual el desequilibrio producido por el calentamiento desigual de la Tierra se lleva al equilibrio. ^[21] Cuando se considera un motor térmico, la eficiencia termodinámica de la circulación de Hadley promedió alrededor del 2,6 por ciento entre 1979 y 2010, con una pequeña variabilidad estacional. ^[63]

La circulación de Hadley también transporta el momento angular planetario hacia los polos debido a la rotación de la Tierra. ^[21] Debido a que los vientos alisios se dirigen en sentido opuesto a la rotación de la Tierra, el momento angular hacia el este se transfiere a la atmósfera a través de la interacción de fricción entre los vientos y la topografía. Luego, la célula de Hadley transfiere este momento angular a través de sus ramas ascendentes y polares. ^[64] La rama hacia el polo acelera y se desvía hacia el este tanto en el hemisferio norte como en el sur debido a la fuerza de Coriolis y la conservación del momento angular , lo que resulta en una corriente en chorro zonal sobre la rama descendente de la célula de Hadley. ^[21] La formación de tal chorro implica la existencia de un equilibrio de viento térmico respaldado por la amplificación de los gradientes de temperatura en las proximidades del chorro resultantes de la advección de calor hacia el polo de la circulación de Hadley. ^[28] El chorro subtropical en la troposfera superior coincide con el lugar donde la célula de Hadley se encuentra con la célula de Ferrell. ^[1] La fuerte cizalladura del viento que acompaña al chorro presenta una fuente importante de inestabilidad baroclínica a partir de la cual crecen las olas; el crecimiento de estas ondas transfiere calor y impulso hacia los polos. ^[65] Los remolinos atmosféricos extraen el momento angular del oeste de la celda de Hadley y lo transportan hacia abajo, lo que da como resultado vientos del oeste en latitudes medias. ^[64]

Formulación y descubrimiento.

La estructura amplia y el mecanismo de la circulación de Hadley, que comprende células convectivas que mueven el aire debido a diferencias de temperatura de una manera influenciada por la rotación de la Tierra, fueron propuestos por primera vez por Edmund Halley en 1685 y George Hadley en 1735. ^[18] Hadley había tratado de explicar el mecanismo físico de los vientos alisios y del oeste; ^[66] la circulación de Hadley y las células de Hadley reciben su nombre en honor a su trabajo pionero. ^{[67] [68]} Aunque las ideas de Hadley invocaban conceptos físicos que no se formalizarían hasta mucho después de su muerte, su modelo era en gran medida cualitativo y sin rigor matemático. ^[69] La formulación de Hadley fue reconocida más tarde por la mayoría de los meteorólogos en la década de 1920 como una simplificación de procesos atmosféricos más complicados. ^[70] La circulación de Hadley puede haber sido el primer intento de explicar la distribución global de los vientos en la atmósfera de la Tierra mediante procesos físicos. Sin embargo, la hipótesis de Hadley no podría verificarse sin observaciones de los vientos en la atmósfera superior. Los datos recopilados por radiosondas de rutina a partir de mediados del siglo XX confirmaron la existencia de la circulación de Hadley. ^[18]

Primeras explicaciones de los vientos alisios.

Los intentos de explicar los vientos alisios estuvieron motivados por su estabilidad e importancia para el comercio marítimo.

En los siglos XV y XVI, las observaciones de las condiciones meteorológicas marítimas fueron de considerable importancia para el transporte marítimo . Las compilaciones de estas observaciones mostraron condiciones climáticas consistentes de año en año y una variabilidad estacional significativa. ^[71] La prevalencia de condiciones secas y vientos débiles alrededor de los 30° de latitud y los vientos alisios hacia el ecuador más cercanos al ecuador, reflejados en los hemisferios norte y sur, era evidente hacia 1600. Los primeros esfuerzos de los científicos para explicar aspectos de los patrones globales de viento a menudo se centraba en los vientos alisios, ya que se suponía que la estabilidad de los vientos presagiaba un mecanismo físico simple. Galileo Galilei propuso que los vientos alisios eran el resultado de que la atmósfera se retrasaba con respecto a la velocidad de rotación tangencial más rápida de la Tierra en las latitudes bajas, lo que provocaba que los vientos alisios hacia el oeste se dirigieran en sentido opuesto a la rotación de la Tierra. ^[72]

En 1685, el erudito inglés Edmund Halley propuso en un debate organizado por la Royal Society que los vientos alisios eran el resultado de las diferencias de temperatura de este a oeste producidas en el transcurso de un día dentro de los trópicos. ^[73] En el modelo de Halley, a medida que la Tierra giraba, el lugar de máximo calentamiento del Sol se movía hacia el oeste a través de la superficie de la Tierra. Esto haría que el aire se elevara y, por conservación de la masa , Halley argumentó que el aire se movería a la región de aire evacuado, generando los vientos alisios. La hipótesis de Halley fue criticada por sus amigos, quienes señalaron que su modelo conduciría a cambios de dirección del viento a lo largo del día en lugar de vientos alisios constantes. ^[72] Halley admitió en correspondencia personal con John Wallis que "tu cuestionar mi hipótesis para resolver los vientos alisios me hace menos seguro de la verdad de la misma". ^[74] No obstante, la formulación de Halley se incorporó a la Enciclopedia de Chambers y a La Grande Encyclopédie , convirtiéndose en la explicación más conocida de los vientos alisios hasta principios del siglo XIX. ^[72] Aunque su explicación de los vientos alisios era incorrecta, Halley predijo correctamente que los vientos alisios en la superficie deberían ir acompañados de un flujo opuesto en altura después de la conservación masiva. ^[75]

La explicación de George Hadley

La concepción de Hadley de la circulación atmosférica implicaba grandes circulaciones que abarcaban todo el hemisferio.

Insatisfecho con las explicaciones anteriores sobre los vientos alisios, George Hadley propuso un mecanismo alternativo en 1735. ^[76] La hipótesis de Hadley se publicó en el artículo "Sobre la causa de los vientos alisios generales" en Philosophical Transactions of the Royal Society . ^[77] Al igual que Halley, la explicación de Hadley consideraba los vientos alisios como una manifestación del aire que se movía para ocupar el lugar del aire caliente ascendente. Sin embargo, la región de aire ascendente que provocó este flujo se encontraba a lo largo de las latitudes más bajas. Al comprender que la velocidad de rotación tangencial de la Tierra era más rápida en el ecuador y se desaceleraba más hacia el polo, Hadley conjeturó que a medida que el aire con menor impulso procedente de latitudes más altas se moviera hacia el ecuador para reemplazar el aire ascendente, conservaría su impulso y, por lo tanto, se curvaría hacia el oeste. Del mismo modo, el aire ascendente con mayor impulso se extendería hacia el polo, curvandose hacia el este y luego hundiéndose a medida que se enfriaba para producir vientos del oeste en las latitudes medias. ^[76] La explicación de Hadley implicaba la existencia de células de circulación que abarcaban los hemisferios norte y sur y se extendían desde el ecuador hasta los polos, ^[78] aunque se basó en una idealización de la atmósfera de la Tierra que carecía de estacionalidad o de las asimetrías de los océanos y continentes. ^[79] Su modelo también predijo rápidos vientos alisios del este de alrededor de 37 m/s (130 km/h; 83 mph), ^[76] aunque argumentó que la acción de la fricción de la superficie en el transcurso de unos pocos días ralentizó el aire para las velocidades del viento observadas. ^[80] Colin Maclaurin extendió el modelo de Hadley al océano en 1740, afirmando que las corrientes oceánicas meridionales estaban sujetas a desviaciones similares hacia el oeste o el este. ^[76]

Hadley no estuvo ampliamente asociado con su teoría debido a la combinación con su hermano mayor, John Hadley , y Halley; su teoría no logró ganar mucho apoyo en la comunidad científica durante más de un siglo debido a su explicación poco intuitiva y la falta de observaciones que la validen. ^[81] Varios otros filósofos naturales enviaron de forma independiente explicaciones para la distribución global de los vientos poco después de la propuesta de Hadley de 1735. En 1746, Jean le Rond d'Alembert proporcionó una formulación matemática para los vientos globales, pero no tuvo en cuenta el calentamiento solar y atribuyó los vientos a los efectos gravitacionales del Sol y la Luna . Immanuel Kant , también insatisfecho con la explicación de Halley sobre los vientos alisios, publicó una explicación para los vientos alisios y los vientos del oeste en 1756 con un razonamiento similar al de Hadley. ^[82] En la última parte del siglo XVIII, Pierre-Simon Laplace desarrolló un conjunto de ecuaciones que establecían una influencia directa de la rotación de la Tierra en la dirección del viento. ^[83] El científico suizo Jean-André Deluc publicó una explicación de los vientos alisios en 1787 similar a la hipótesis de Hadley, conectando el calentamiento diferencial y la rotación de la Tierra con la dirección de los vientos. ^[84]

El químico inglés John Dalton fue el primero en atribuir claramente la explicación de Hadley sobre los vientos alisios a George Hadley, mencionando el trabajo de Hadley en su libro de 1793 Observaciones meteorológicas y ensayos . ^[85] En 1837, Philosophical Magazine publicó una nueva teoría de las corrientes de viento desarrollada por Heinrich Wilhelm Dove sin hacer referencia a Hadley, pero explicando de manera similar que la dirección de los vientos alisios estaba influenciada por la rotación de la Tierra. En respuesta, Dalton escribió más tarde una carta al editor de la revista que promocionaba el trabajo de Hadley. ^[86] Posteriormente, Dove le dio crédito a Hadley con tanta frecuencia que la teoría general se conoció como el "principio Hadley-Dove", ^[87] popularizando la explicación de Hadley para los vientos alisios en Alemania y Gran Bretaña . ^[88]

Crítica de la explicación de Hadley

Las muestras rutinarias de radiosondas de la troposfera superior a partir del siglo XX proporcionaron la primera evidencia de observación directa de la circulación de Hadley.

El trabajo de Gustave Coriolis , William Ferrel , Jean Bernard Foucault y Henrik Mohn en el siglo XIX ayudó a establecer la fuerza de Coriolis como el mecanismo para la desviación de los vientos debido a la rotación de la Tierra, enfatizando la conservación del momento angular al dirigir los flujos en lugar de la conservación del momento angular. conservación del momento lineal como sugirió Hadley; ^[87] La ​​suposición de Hadley llevó a una subestimación de la desviación por un factor de dos. ^[79] La aceptación de la fuerza de Coriolis en la configuración de los vientos globales llevó a un debate entre los científicos atmosféricos alemanes a partir de la década de 1870 sobre la integridad y validez de la explicación de Hadley, que explicaba de manera estricta el comportamiento de los movimientos inicialmente meridionales. ^[87] El uso que Hadley hizo de la fricción superficial para explicar por qué los vientos alisios eran mucho más lentos de lo que su teoría predeciría fue visto como una debilidad clave en sus ideas. Los movimientos hacia el suroeste observados en los cirros a alrededor de 30 ° N descartaron aún más la teoría de Hadley, ya que su movimiento fue mucho más lento de lo que la teoría predeciría al tener en cuenta la conservación del momento angular. ^[89] En 1899, William Morris Davis , profesor de geografía física en la Universidad de Harvard , pronunció un discurso en la Real Sociedad Meteorológica criticando la teoría de Hadley por no explicar la transición de un flujo inicialmente desequilibrado al equilibrio geostrófico . ^[90] Davis y otros meteorólogos del siglo XX reconocieron que el movimiento de las parcelas de aire a lo largo de la circulación prevista por Hadley se sustentaba en una interacción constante entre el gradiente de presión y las fuerzas de Coriolis en lugar de la conservación del momento angular únicamente. ^[91] En última instancia, si bien la comunidad científica atmosférica consideró válidas las ideas generales del principio de Hadley, su explicación fue vista como una simplificación de procesos físicos más complejos. ^{[70] [92]}

El modelo de Hadley de que la circulación atmosférica global se caracteriza por células de circulación en todo el hemisferio también fue cuestionado por observaciones meteorológicas que mostraban una zona de alta presión en los subtrópicos y un cinturón de baja presión en alrededor de 60° de latitud. Esta distribución de presión implicaría un flujo hacia los polos cerca de la superficie en las latitudes medias en lugar de un flujo hacia el ecuador implícito en las células imaginadas por Hadley. Ferrel y James Thomson reconciliaron más tarde el patrón de presión con el modelo de Hadley al proponer una célula de circulación limitada a altitudes más bajas en las latitudes medias y ubicada dentro de las células de Hadley, más amplias y que abarcan todo el hemisferio. Carl-Gustaf Rossby propuso en 1947 que la circulación de Hadley se limitaba a los trópicos y formaba parte de un flujo meridional multicelular y impulsado dinámicamente. ^{[93] [94]} El modelo de Rossby se parecía al de un modelo similar de tres celdas desarrollado por Ferrel en 1860. ^[94]

Observación directa

El modelo tricelular de la circulación atmosférica global –con la circulación concebida por Hadley formando su componente tropical– había sido ampliamente aceptado por la comunidad meteorológica a principios del siglo XX. Sin embargo, la existencia de la célula Hadley sólo fue validada por observaciones meteorológicas cerca de la superficie, y sus predicciones de vientos en la troposfera superior no se probaron. ^[95] El muestreo de rutina de la troposfera superior mediante radiosondas que surgieron a mediados del siglo XX confirmó la existencia de células meridionales de inversión en la atmósfera. ^[18]

Influencia en el clima

La distribución global de las precipitaciones en los trópicos está fuertemente influenciada por la circulación de Hadley.

La circulación de Hadley es una de las influencias más importantes sobre el clima global y la habitabilidad planetaria, ^[4] así como un importante transportador de momento angular, calor y vapor de agua. ^{[96] [97]} Las células de Hadley aplanan el gradiente de temperatura entre el ecuador y los polos, haciendo que los extratrópicos sean más suaves. ^[68] El patrón de precipitación global de alta precipitación en los trópicos y falta de precipitación en latitudes más altas es una consecuencia del posicionamiento de las ramas ascendentes y descendentes de las células de Hadley, respectivamente. ^[3] Cerca del ecuador, el ascenso de aire húmedo produce las precipitaciones más intensas de la Tierra. ^{[4] El movimiento periódico de la ZCIT y, por tanto, la variación estacional de las ramas ascendentes de la circulación de Hadley produce los} monzones del mundo . ^[98] El movimiento descendente del aire asociado con la rama que se hunde produce una divergencia superficial consistente con la prominencia de áreas subtropicales de alta presión . ^[3] Estas regiones semipermanentes de alta presión se encuentran principalmente sobre el océano entre 20° y 40° de latitud. ^[68] Las condiciones áridas están asociadas con las ramas descendentes de la circulación de Hadley, ^{[33] con muchos de los} desiertos y regiones semiáridas o áridas de la Tierra subyacentes a las ramas descendentes de la circulación de Hadley. ^{[4] [10]}

La capa límite marina nubosa común en los subtrópicos puede estar sembrada por núcleos de condensación de nubes exportados fuera de los trópicos por la circulación de Hadley. ^[99]

Efectos del cambio climático

variabilidad natural

Las reconstrucciones paleoclimáticas de los vientos alisios y los patrones de lluvia sugieren que la circulación de Hadley cambió en respuesta a la variabilidad climática natural . Durante los eventos de Heinrich en los últimos 100.000 años, la célula de Hadley del hemisferio norte se fortaleció mientras que la célula de Hadley del hemisferio sur se debilitó. La variación en la insolación durante el Holoceno medio y tardío resultó en una migración hacia el sur de las ramas ascendentes y descendentes de las células de Hadley del hemisferio norte más cerca de sus posiciones actuales. Los anillos de los árboles de las latitudes medias del hemisferio norte sugieren que la posición histórica de las ramas de las células de Hadley también ha cambiado en respuesta a oscilaciones más cortas, con la rama descendente del hemisferio norte desplazándose hacia el sur durante las fases positivas de El Niño-Oscilación del Sur y el Pacífico. oscilación decenal y hacia el norte durante las correspondientes fases negativas. Las células de Hadley fueron desplazadas hacia el sur entre 1400 y 1850, coincidiendo con la sequía en partes del hemisferio norte. ^[100]

Expansión de células de Hadley y cambios de intensidad.

Tendencias observadas

El cambio climático ha provocado la expansión de la circulación de Hadley hacia los polos.

Según el Sexto Informe de Evaluación (AR6) del IPCC, la circulación de Hadley probablemente se ha expandido desde al menos la década de 1980 en respuesta al cambio climático , con una confianza media en una intensificación acompañante de la circulación. ^{[101] [102]} Una expansión de la circulación general hacia los polos de aproximadamente 0,1°-0,5° de latitud por década desde la década de 1980 se explica en gran medida por el desplazamiento hacia los polos de la célula de Hadley del hemisferio norte, que en un reanálisis atmosférico ha mostrado una tendencia más marcada. expansión desde 1992. ^[103] Sin embargo, el AR6 también informó que la confianza media en la expansión de la célula de Hadley del hemisferio norte se encuentra dentro del rango de variabilidad interna. Por el contrario, el AR6 evaluó que era probable que la expansión hacia los polos de la célula Hadley del hemisferio sur se debiera a influencia antropogénica; ^[104] este hallazgo se basó en los modelos climáticos CMIP5 y CMIP6 . ^[8]

Los estudios han producido una amplia gama de estimaciones sobre la tasa de ampliación de los trópicos debido al uso de diferentes métricas; las estimaciones basadas en propiedades de la alta troposfera tienden a arrojar una gama más amplia de valores. ^[105] El grado en que se ha expandido la circulación varía según la estación, siendo las tendencias en verano y otoño mayores y estadísticamente significativas en ambos hemisferios. ^[106] La ampliación de la circulación de Hadley también ha resultado en una probable ampliación de la ZCIT desde la década de 1970. ^[107] Los nuevos análisis también sugieren que las células de Hadley de verano y otoño en ambos hemisferios se han ampliado y que la circulación global de Hadley se ha intensificado desde 1979, con una intensificación más pronunciada en el hemisferio norte. ^[103] Entre 1979 y 2010, la energía generada por la circulación global de Hadley aumentó en un promedio de 0,54 TW por año, lo que es consistente con un mayor ingreso de energía a la circulación debido al calentamiento de las TSM sobre los océanos tropicales. ^[108] (A modo de comparación, la potencia total de la circulación de Hadley oscila entre 0,5 TW y 218 TW durante todo el año en el hemisferio norte y entre 32 y 204 TW en el hemisferio sur). ^[109] A diferencia de los reanálisis, los modelos climáticos CMIP5 representan una debilitamiento de la circulación de Hadley desde 1979. ^[110] La magnitud de los cambios a largo plazo en la fuerza de la circulación es, por tanto, incierta debido a la influencia de una gran variabilidad interanual y la mala representación de la distribución de la liberación de calor latente en los reanálisis. ^[103]

La expansión de la circulación de Hadley debido al cambio climático es consistente con el modelo de Held-Hou, que predice que la extensión latitudinal de la circulación es proporcional a la raíz cuadrada de la altura de la tropopausa. El calentamiento de la troposfera eleva la altura de la tropopausa, lo que permite que la rama superior de las células de Hadley hacia el polo se extienda más y provoque una expansión de las células. ^[111] Los resultados de los modelos climáticos sugieren que el impacto de la variabilidad interna (como la oscilación decenal del Pacífico) y la influencia antropogénica en la expansión de la circulación de Hadley desde la década de 1980 han sido comparables. ^[8] La influencia humana es más evidente en la expansión de la célula de Hadley del hemisferio sur; ^[8] el AR6 evaluó una confianza media al asociar la expansión de la circulación de Hadley en ambos hemisferios con el forzamiento radiativo añadido de los gases de efecto invernadero. ^[112]

Mecanismos físicos y cambios proyectados.

Los procesos físicos por los cuales la circulación de Hadley se expande por la influencia humana no están claros, pero pueden estar relacionados con el mayor calentamiento de los subtrópicos en relación con otras latitudes en los hemisferios norte y sur. El aumento del calor subtropical podría permitir la expansión de la circulación hacia los polos al desplazar el chorro subtropical y los remolinos baroclínicos hacia los polos. ^{[8] [113]} La expansión hacia los polos de la célula Hadley del hemisferio sur en el verano austral fue atribuida por el Quinto Informe de Evaluación (AR5) del IPCC al agotamiento del ozono estratosférico basado en simulaciones del modelo CMIP5, mientras que las simulaciones CMIP6 no han mostrado una señal tan clara. . ^[8] El agotamiento de la capa de ozono podría afectar la circulación de Hadley a través del aumento del enfriamiento radiativo en la estratosfera inferior; esto aumentaría la velocidad de fase de los remolinos baroclínicos y los desplazaría hacia los polos, lo que provocaría la expansión de las células de Hadley. ^[113] Se han propuesto otros mecanismos impulsados ​​por remolinos para expandir las células de Hadley, que implican cambios en la baroclinicidad , rotura de olas y otras liberaciones de inestabilidad. ^[114] En las zonas extratropicales del hemisferio norte, las crecientes concentraciones de carbono negro y ozono troposférico pueden ser un factor importante en la expansión de las células de Hadley de ese hemisferio en el verano boreal. ^[106]

Las proyecciones de los modelos climáticos indican que un aumento continuo en la concentración de gases de efecto invernadero daría como resultado una ampliación continua de la circulación de Hadley. ^[96] Sin embargo, las simulaciones que utilizan datos históricos sugieren que el forzamiento de los gases de efecto invernadero puede representar alrededor de 0,1° por década de expansión de los trópicos. ^[114] Aunque el ensanchamiento de las células de Hadley debido al cambio climático se ha producido simultáneamente con un aumento en su intensidad basado en reanálisis atmosféricos, ^{[101] [102]} las proyecciones de los modelos climáticos generalmente representan un debilitamiento de la circulación junto con una circulación cada vez más amplia por parte de las células de Hadley. finales del siglo XXI. ^{[115] [110]} Un aumento a largo plazo en la concentración de dióxido de carbono puede conducir a un debilitamiento de la circulación de Hadley como resultado de la reducción del enfriamiento radiativo en la troposfera cerca de las ramas que se hunden de la circulación. ^[116] Sin embargo, los cambios en la circulación oceánica dentro de los trópicos pueden atenuar los cambios en la intensidad y el ancho de las células de Hadley al reducir los contrastes térmicos. ^{[117] [118]}

Cambios en los patrones climáticos.

Los cambios en la celda de Hadley debido al cambio climático pueden influir en las tendencias globales de precipitación.

La expansión de la circulación de Hadley debido al cambio climático está relacionada con cambios en los patrones climáticos regionales y globales. ^[119] Una ampliación de los trópicos podría desplazar el cinturón de lluvias tropicales , expandir los desiertos subtropicales y exacerbar los incendios forestales y la sequía. ^[120] El cambio y la expansión documentados de las crestas subtropicales están asociados con cambios en la circulación de Hadley, incluida una extensión hacia el oeste de la alta subtropical sobre el Pacífico noroccidental, cambios en la intensidad y posición de la alta de las Azores y el desplazamiento e intensificación hacia los polos. del cinturón subtropical de alta presión en el hemisferio sur. Estos cambios han influido en las cantidades y la variabilidad de las precipitaciones regionales, incluidas las tendencias de sequía en el sur de Australia, el noreste de China y el norte de Asia meridional . El AR6 evaluó evidencia limitada de que la expansión de la célula de Hadley del hemisferio norte puede haber llevado en parte a condiciones más secas en los subtrópicos y una expansión de la aridez hacia los polos durante el verano boreal. ^[121] Los cambios en las precipitaciones inducidos por los cambios en la circulación de Hadley pueden provocar cambios en la humedad del suelo regional , y los modelos muestran las disminuciones más significativas en el mar Mediterráneo , Sudáfrica y el suroeste de los Estados Unidos . ^[119] Sin embargo, los efectos concurrentes de los cambios en los patrones de temperatura de la superficie sobre la tierra generan incertidumbres sobre la influencia del ensanchamiento de las células de Hadley en la desecación en áreas terrestres subtropicales. ^[122]

Los modelos climáticos sugieren que el cambio en la posición de las máximas subtropicales inducido por el ensanchamiento de las células de Hadley puede reducir el afloramiento oceánico en latitudes bajas y mejorar el afloramiento oceánico en latitudes altas. ^[123] La expansión de las máximas subtropicales junto con la expansión de la circulación también puede implicar una ampliación de las regiones oceánicas de alta salinidad y baja producción primaria marina . ^[120] Una disminución de los ciclones extratropicales en las regiones de trayectoria de tormentas en las proyecciones del modelo está influenciada en parte por la expansión de las células de Hadley. ^[124] Los cambios hacia los polos en la circulación de Hadley están asociados con cambios en las trayectorias de los ciclones tropicales en los hemisferios norte y sur, ^[121] incluida una tendencia hacia los polos en los lugares donde las tormentas alcanzaron su intensidad máxima. ^[125]

Circulaciones extraterrestres de Hadley

Es posible que haya circulación de Hadley en otros planetas, incluido Marte .

Fuera de la Tierra, cualquier circulación térmica directa que haga circular aire meridionalmente a través de gradientes de insolación a escala planetaria puede describirse como circulación de Hadley. ^[21] Una atmósfera terrestre sujeta a un calentamiento ecuatorial excesivo tiende a mantener una circulación de Hadley axisimétrica con movimientos ascendentes cerca del ecuador y descendentes en latitudes más altas. ^[126] Se supone que el calentamiento diferencial da como resultado circulaciones de Hadley análogas a las de la Tierra en otras atmósferas del Sistema Solar , como en Venus , Marte y Titán . Al igual que ocurre con la atmósfera terrestre, la circulación de Hadley sería la circulación meridional dominante para estas atmósferas extraterrestres . ^[127] Aunque menos comprendidas, las circulaciones de Hadley también pueden estar presentes en los gigantes gaseosos del Sistema Solar y, en principio, deberían materializarse en atmósferas exoplanetarias . ^{[128] [129]} La extensión espacial de una celda de Hadley en cualquier atmósfera puede depender de la velocidad de rotación del planeta o la luna, con una velocidad de rotación más rápida que conduce a células de Hadley más contraídas (con una extensión más restrictiva hacia el polo) y una Circulación meridional global más celular. ^[130] La velocidad de rotación más lenta reduce el efecto Coriolis, reduciendo así el gradiente de temperatura meridional necesario para sostener un chorro en el límite hacia el polo de la célula de Hadley y permitiendo así que la célula de Hadley se extienda más hacia el polo. ^[28]

Los planetas o lunas de rotación más lenta, como Titán , pueden soportar circulaciones de Hadley más amplias con ramas ascendentes y convección más cercanas a las regiones polares.

Venus , que gira lentamente, puede tener células de Hadley que se extienden más hacia los polos que las de la Tierra, abarcando desde el ecuador hasta altas latitudes en cada uno de los hemisferios norte y sur. ^{[21] [131]} Su amplia circulación de Hadley mantendría eficientemente la distribución de temperatura casi isotérmica entre el polo y el ecuador del planeta y velocidades verticales de alrededor de 0,5 cm/s (0,018 km/h; 0,011 mph). ^{[132] [131]} Las observaciones de trazadores químicos como el monóxido de carbono proporcionan evidencia indirecta de la existencia de la circulación de Hadley en Venus. ^[133] Generalmente se entiende que la presencia de vientos hacia el polo con velocidades de hasta alrededor de 15 m/s (54 km/h; 34 mph) a una altitud de 65 km (40 millas) está asociada con la rama superior de una célula de Hadley. , ^[134] que puede estar ubicado entre 50 y 65 km (31 y 40 millas) sobre la superficie de Venus. ^[133] Las velocidades verticales lentas asociadas con la circulación de Hadley no se han medido, aunque pueden haber contribuido a las velocidades verticales medidas por las misiones Vega y Venera . ^[134] Las células de Hadley pueden extenderse hasta alrededor de 60° de latitud, hacia el ecuador de una corriente en chorro de latitud media que demarca el límite entre la supuesta célula de Hadley y el vórtice polar . ^[133] La atmósfera del planeta puede exhibir dos circulaciones de Hadley, una cerca de la superficie y la otra al nivel de la capa superior de nubes . La circulación de Venus Hadley puede contribuir a la superrotación de la atmósfera del planeta. ^[21]

Las simulaciones de la atmósfera marciana sugieren que también está presente una circulación de Hadley en la atmósfera de Marte, exhibiendo una estacionalidad más fuerte en comparación con la circulación de Hadley de la Tierra. ^[135] Esta mayor estacionalidad se debe a la disminución de la inercia térmica resultante de la falta de un océano y la atmósfera más delgada del planeta. ^{[21] [136]} Además, la excentricidad orbital de Marte conduce a una célula Hadley más fuerte y más ancha durante su invierno en el norte en comparación con su invierno en el sur. Durante la mayor parte del año marciano, cuando prevalece una sola célula de Hadley, sus ramas ascendentes y descendentes se ubican a 30° y 60° de latitud, respectivamente, en los modelos climáticos globales. ^[137] Las cimas de las células de Hadley en Marte pueden alcanzar una altitud más alta (alrededor de 60 km (37 millas)) y estar menos definidas en comparación con la Tierra debido a la falta de una tropopausa fuerte en Marte. ^{[135] [138]} Mientras que el calentamiento latente debido a los cambios de fase asociados con el agua impulsa gran parte del movimiento ascendente en la circulación de Hadley de la Tierra, el ascenso en la circulación de Hadley de Marte puede ser impulsado por el calentamiento radiativo del polvo elevado e intensificado por la condensación de dióxido de carbono cerca la capa de hielo polar del hemisferio invernal de Marte, aumentando los gradientes de presión. ^[21] A lo largo del año marciano, el flujo de masa de la circulación de Hadley oscila entre 10 ⁹ kg s ⁻¹ durante los equinoccios y 10 ¹⁰ en los solsticios. ^[139]

Una circulación de Hadley también puede estar presente en la atmósfera de Titán, la luna de Saturno . Al igual que Venus, la lenta velocidad de rotación de Titán puede sustentar una circulación de Hadley espacialmente amplia. ^[131] El modelado de la circulación general de la atmósfera de Titán sugiere la presencia de una célula de Hadley transecuatorial. Esta configuración es consistente con los vientos meridionales observados por la nave espacial Huygens cuando aterrizó cerca del ecuador de Titán. ^[140] Durante los solsticios de Titán, su circulación de Hadley puede tomar la forma de una única célula de Hadley que se extiende de polo a polo, con gas caliente que se eleva en el hemisferio de verano y se hunde en el hemisferio de invierno. ^[141] Una configuración de dos células con ascenso cerca del ecuador está presente en el modelado durante un período de transición limitado cerca de los equinoccios. ^[142] La distribución de las nubes convectivas de metano en Titán y las observaciones de la nave espacial Huygens sugieren que la rama ascendente de su circulación Hadley ocurre en las latitudes medias de su hemisferio de verano. ^[143] La formación frecuente de nubes ocurre a 40° de latitud en el hemisferio de verano de Titán desde un ascenso análogo a la ZCIT de la Tierra. ^[144]

Ver también

• Vórtice polar  : una amplia región semipermanente de aire frío que gira ciclónicamente y rodea los polos de la Tierra.
• Circulación Brewer-Dobson  : una circulación entre la troposfera tropical y la estratosfera
• Circulación de inversión meridional del Atlántico  : una amplia circulación oceánica importante para el intercambio de energía en una amplia gama de latitudes.

Notas

1. Una circulación térmica directa muestra, en promedio, aire ascendente sobre regiones más cálidas y aire descendente sobre regiones más frías, lo que hace que se agregue calor a una presión más alta que cuando se elimina calor. Esto difiere de una circulación térmicamente indirecta en la que la energía mecánica de entrada permite que el aire suba sobre regiones más frías y se hunda sobre regiones más cálidas. La refrigeración es análoga a una circulación térmica indirecta. ^[1]
2. Los movimientos meridionales son en dirección norte o sur, a lo largo de líneas de longitud , mientras que los movimientos zonales son en dirección oeste o este, a lo largo de líneas de latitud .
3. Boreal y austral se refieren al hemisferio norte y sur, respectivamente. Por ejemplo, el verano boreal se refiere al verano en el hemisferio norte, que ocurre simultáneamente con el invierno austral (invierno en el hemisferio sur).

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