向极地的能量传输
图3.1和图3.2的含义是，大气和海洋必须向极地输送能量，使极地地区变暖，赤道地区变冷。不均匀的太阳加热导致对流层温度向极地方向的平均下降，从而导致压力面高度的下降，从而产生压力梯度。大气的作用是降低这些梯度。在低纬度地区，科里奥利参数相当小，向极地方向大气能量输运与热直接有关哈德利环流细胞。在中高纬度地区，时间平均对流层气流主要是西风(从西向东)，代表压力梯度和科里奥利力之间的近似平衡(地转平衡)。向极地的能量输送主要是通过斜压涡(与地表气旋和气旋有关)完成的反气旋),长波浪表示扰动向西流．太阳加热的差异还导致海洋密度梯度，导致海洋感热向极地的净输送，这在低纬度地区起主要作用。
为了解释图3.1所示的TOA辐射不平衡，许多研究已经提供了大气和海洋向极地的输运估计。一般的方法是从卫星得出的TOA辐射通量计算所需的输运，从全球分析计算大气输运，然后估计海洋输运作为残差。目前，从海洋速度和温度直接估计海洋输运被认为是不可靠的。目前对大气和海洋年平均输运的最佳估计来自Trenberth和Caron(2001)的研究。他们使用了ERBE辐射数据和由NCEP/NCAR和ECMWF ERA-15计算的大气传输
图3.3大气顶部净辐射预算(RT)、大气总输运(at)和海洋输运(OT)所需的年平均能量输运在ERBE期间的纬向平均值。单位是petawatts (PW)(来自Trenberth和Caron, 2001年，经AMS许可)。
图3.3大气顶部净辐射预算(RT)、大气总输运(at)和海洋输运(OT)所需的年平均能量输运在ERBE期间的纬向平均值。单位是petawatts (PW)(来自Trenberth和Caron, 2001年，经AMS许可)。
大气再分析(见第9章)。他们使用从大气能量收支推断的地表热通量，而不是将海洋输运作为残差。他们的估计还包括对质量与能量平衡．该论文和Trenberth et al.(2001)的一项配套研究提供了详细信息。
所需的年运输量和大气和海洋贡献的结果估计数载于图3.3。向极地的海洋输送只在0°- 17°N之间占主导地位，在35°N附近，接近两个半球总输送峰值的位置，大气输送在北半球占总输送的78%，在南半球占92%。总的来说，与以前的估计相比，所需的总运输中大气贡献的比例大于海洋贡献的比例。
因此，从热力学角度看，大气可以被视为将热量从赤道源输送到北极和南极的碳汇的主要引擎。如果没有经向交换，极地地区将比观测到的要冷得多，而赤道地区则要热得多。换句话说，极地地区虽然肯定很冷，但远没有根据它们每年入射的太阳辐射所预期的那么冷。由于地球的旋转轴相对于其轨道平面倾斜23.5°，我们在入射(和入射)的纬度分布中经历了季节性净)太阳辐射，在极地地区表现最强烈(见图2.1日长影响)。在每个半球的冬季，太阳赤纬为负，极地地区的入射太阳辐射很小或为零，这取决于纬度。因此赤道和两极之间的温度梯度是最强的，向极地的大气输送也是最强的。在夏天,
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- 图3.4 1979-2001年向极地方向大气能量输送的纬向平均年周期(PW)。南半球的负值意味着向南(朝向南极)的输送(来自Trenberth和Stepaniak, 2003年，经AMS许可)。
太阳赤纬为正，太阳加热的纬度分布更加均匀。这削弱了大气温度梯度，向极方向的大气输送相应较小(图3.4)。
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