بررسی نقش گردش هادلی در تغییرات شار انرژی ایستای مرطوب در دوره آماری 2025-1980

مرادی, محمد; براتی, غلامرضا

doi:10.30467/nivar.2026.582354.1380

بررسی نقش گردش هادلی در تغییرات شار انرژی ایستای مرطوب در دوره آماری 2025-1980

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد مرادی ¹

غلامرضا براتی ²

¹ استاد، گروه هواشناسی همدیدی و دینامیکی، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران

² گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

10.30467/nivar.2026.582354.1380

چکیده

سلول هادلی یک سلول همرفتی بزرگ مقیاس است که از یک شاخه صعودی در منطقه استوایی و یک شاخه نزولی در مناطق جنب‌حاره هر دو نیمکره تشکیل شده است و انتقال انرژی، تکانه و رطوبت نسبی بین مناطق گرمسیری استوایی و عرض‌های جغرافیایی بالاتر را در هر دو نیمکره شمالی و جنوبی به عهده دارد.
در این پژوهش از داده‌های روزانه دما، ارتفاع، نم‌ویژه و مولفه نصف‌النهاری بردار باد در هشت تراز فشاری استاندارد از 1000 تا 300 هکتوپاسکال روی یک شبکه منظم دو بعدی که نیمکره شمالی و جنوبی را در بر می‌گیرد، استفاده شد. این داده‌ها از بایگانی مرکز ملی پیش‌بینی محیطی و پژوهش‌های جوی آمریکا گرفته شد و در دوره آماری 2025-1980، ابتدا میانگین انرژی ایستای مرطوب، محاسبه شد و سپس بخش مربوط به گردش میانگین نصف‌النهاری این کمیت برآورد و نقش سلول هادلی در انتقال انرژی ایستای مرطوب تحلیل گردید.
نتایج نشان داد که بخشی از انرژی ایستای مرطوب است که بوسیله گردش میانگین نصف‌النهاری به مناطق مختلف انتقال یافته است، در دو فصل سرد و گرم هر دو نیمکره به ترازهای زیر 700 هکتوپاسکال محدود شده است و مقادیر شار انرژی ایستای مرطوب توسط سلول هادلی در ماه‌های سرد دو نیمکره شمالی و جنوبی در مناطق حاره شمالی و جنوبی، به ترتیب مثبت و منفی است و بیانگر انتقال قطب‌سو در این بخش از هر دو نیمکره می‌باشد. در این ماه‌ها که زاویه میل خورشیدی در نیمکره زمستانی منفی است و کمربند همگرایی درون حاره‌ای در نیمکره تابستانی قرار گرفته است، انتقال انرژی ایستای مرطوب توسط سلول هادلی از استوای نیمکره تابستانی به سوی استوای نیمکره زمستانی می‌باشد. در این فرایند، در زمستان نیمکره شمالی وجود جریان‌های جنوبی سبب می‌شود تا انرژی ایستای مرطوب از مناطق حاره جنوبی به مناطق حاره شمالی منتقل گردد.

کلیدواژه‌ها

انرژی ایستای مرطوب

سلول هادلی

شار انرژی قطب‌سو

گردش میانگین نصف‌النهاری

موضوعات

آب و هواشناسی

عنوان مقاله English

Analysis of the role of the Hadley Cell in the variability of the moist static energy flux in the statistical period of 1980–2025

نویسندگان English

Mohammad Moradi ¹

Gholamreza Barati ²

¹ Professor, Department of Synoptic and Dynamic meteorology, Research Institute of Meteorology and Atmospheric Science (RIMAS), Tehran, Iran

² Department of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, University of shahid beheshti,Tehran, Iran

چکیده English

The Hadley cell is a large-scale thermally driven enclosed atmospheric circulation over the tropics, with warmer air rising around the equator and cooler air sinking over the subtropics of both hemispheres. This deep convection circulation is characterized by ascending motions of warm and moist air converging near the equator, followed by poleward flows in the upper troposphere in both hemispheres, which descend over the dry subtropics and return equatorward near the surface in the form of trade winds.
In this study, we used the historical data of NCEP/NCAR from the National Centers for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research, covering 1980 to 2025. We used the daily means of temperature, height, specific humidity, and the meridional wind component on eight pressure levels from 1000 to 300 hPa. First, the average moist static energy and the meridional circulation of this quantity were estimated, and then the role of the Hadley cell in the transfer of moist static energy was analyzed.
The results showed that part of the moist static energy that is transferred to different regions by the meridional mean circulation is limited to levels below 700 hPa in the cold and warm seasons of both hemispheres, and the values of the moist static energy flux by the Hadley cell in the cold months of the Northern and Southern Hemispheres in the northern and southern tropical regions are positive and negative, respectively, indicating poleward transfer in this part of both hemispheres.
During these months, when the solar declination angle is negative in the winter hemisphere and the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) belt is located in the summer hemisphere, the transfer of moist static energy by the Hadley cell is from the equator of the summer hemisphere to the equator of the winter hemisphere.
In this process, in the Northern Hemisphere winter, the presence of southerly currents causes moist static energy to be transferred from the southern tropical regions to the northern tropical regions.

کلیدواژه‌ها English

Moist static energy

Hadley cell

Poleward energy flux

Mean meridional circulation

1. Adam, O., Bischoff, T., and Schneider, T. (2016). Seasonal and interannual variations of the energy flux equator and ITCZ. Part I: Zonally averaged ITCZ position. J. Climate, 29, 3219–3230, doi: 10.1175/JCLI-D-15-0512.1.

2. Adames, A.F., and Mayta, V.C. (2023). On the Accuracy of the Moist Static Energy Budget When Applied to Large-Scale Tropical Motions. Journal of the atmospheric science, 80, 2365-2376. doi: 10.1175/JCLI-D-15-0512.1.

3. Barpanda, P., and Shaw, T. (2017). Using the moist static energy budget to understand storm-track shifts across a range of time scales. J. Atmos. Sci.,74, 2427–2446. doi:10.1175/JAS-D-17-0022.1.

4. Galanti, E., Raiter, D., Kaspi, Y., and Tziperman, E. (2022). Spatial patterns of the tropical meridional circulation: Drivers and teleconnections. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127,1-15. Doi: 10.1029/2021JD035531.

5. Hill, S.A., Ming, Y., and Held, I.M. (2015). Mechanisms of forced tropical meridional energy flux change. J. Climate, 28, 1725–1742, doi:10.1175/JCLI-D-14-00165.1.

6. Hosseini Seddigh, S.M., & Jalali, M. (2021). Analysis dynamic structure of Hadley Cell circulation in tropical belt. Journal of The Nivar, 45(112-113), 1-15. [in Persian]. doi: 10.30467/NIVAR.2021.237927.1164

7. Hoskins, B.J., and Yang, G.Y. (2023). A global perspective on the upper branch of the Hadley Cell. Journal of Climate, 36 (19), 6749-6762. doi: 10.1175/JCLI-D-22-0537.1.

8. Huang, R., Chen, S., Chen, W., and Hu, P. (2018). Inter annual variability of regional Hadley circulation intensity over western Pacific during boreal winter and its climatic impact over Asia Australia region. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123, 344–366. doi: 10.1002/2017JD027919.

9. Hwang, Y.T., Teseng, H.Y., Li, K.C., Jang, S.M., Chen, Y.J., and Chiang, J.C.H. (2021). Relative Roles of Energy and Momentum Fluxes in the Tropical Response to Extratropical Thermal Forcing. Journal of climate, 34, 3771-3786. doi: 10.1175/JCLI-D-20-0151.1.

10. Kalnay, E., Kanamitsu, M., Kistler, R., Collins, W., Deaven, D., Gandin, L., Iredell, M., Saha, S., White, G., Woollen, J., Zhu, Y., Chelliah, M., Ebisuzaki, W., Higgins, W., Janowiak, J., Mo, K.C., Ropelewski, C., Wang, J., Leetmaa, A., Reynolds, R., Jenne, R., and Joseph, D. (1996). The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Am. Meteorol. Soc. 77, 437–472. doi: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2.

11. Laing, A., and Evans, J.L. (2016). An introduction to tropical meteorology. 2end edition.

12. Lionello, P., D'Agostino, R., Ferreira, D., Nguyen, H., and Singh, M.S. (2024). The Hadley circulation in a changing climate. Annals of New York Academy of Science, 1534 (1), 69-93. doi: 10.1111/nyas.15114.

13. Liao, X., Li, T., and Ma, C. (2022). Moist Static Energy and Secondary Circulation Evolution Characteristics during the Rapid Intensification of Super Typhoon Yutu (2007). Atmosphere 2022, 13, 1105. doi: 10.3390/atmos13071105.

14. Lorenz, E.N. (1955). Available potential energy and the maintenance of the general circulation. Tellus, 7, 157–167. doi: 10.3402/tellusa. v7i2.8796.

15. Moradi, M. (2003). Energy calculation in a case study. 03rd Conference of Numerical Weather Prediction, Iran, Tehran, 15 December 2003, [in Persian]. https://civilica.com/doc/10386/.

16. Moradi, M. (2023). A Statistical Analysis of the Tropopause Characteristic over Tehran and Shiraz in January and July (2000-2022). Physical Geography Research Quarterly, 55(1), 39-55. [in Persian]. doi: 10.22059/jphgr.2023.354992.1007747.

17. Moradi, M. (2024). Investigation the Role of Global Warming on the Tropospheric Circulation in the Middle East from 1961 to 2020. Physical Geography Research Quarterly, 56 (3), 1-17. [in Persian]. doi: 10.22059/jphgr.2024.366330.1007791.

18. Moradi, M., and Barati, G. (2026). Analysis of annual and seasonal variability of the Hadley cell in 1980-2025. Physical Geography Research, 58(1),101-118, [in Persian]. doi:0.22059/jphgr.2026.411156.1007919.

19. Peixoto, J. P., and Oort, A. H. (1992). Physics of Climate. American Institute of Physics: New York.

20. Rencurrel, M. C., and Rose, B.E.J. (2018). The Efficiency of the Hadley Cell Response to Wide Variations in Ocean Heat Transport Journal of Climate, 33, 1643–1658. doi: 10.1175/JCLI-D-17-0856.1.

21. Sellers, W.D. 1965: Physical climatology. Chicago: University of Chicago Press, 272 pp.

22. Wallace, J.M., and Hobbs, P.V. (2006). Atmospheric Science, An Introductory Survey, Second Edition, University of Washington, Academic Press is an imprint of Elsevier, pp 505.

23. Zheng, Y., Sun, B., Li, W., Zhou, S., Cay, J., Li, H., and He, S. (2025). Attribution of regional Hadley circulation intensity changes in the Northern Hemisphere. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 18(6), 1-6. doi: 10.1016/j.aosl.2025.100613.