我系胡永云教授团队团队在Science Bulletin 第10期发表题名为“The Hadley circulation in the Pangea era”的论文，揭示了2.5亿年前潘吉亚超大陆时期的哈德雷环流的特征，阐述了大陆和气候演化对大气环流的重要影响。
哈德雷环流是最重要的全球大气环流系统之一，其上升支对应着热带辐合带和热带雨带，下沉支对应着两个半球副热带干旱区。观测和气候模拟表明，随着温室气体浓度增加，全球变暖将导致哈德雷环流强度减弱、下沉支向中纬度扩张，从而导致热带辐合带降水减弱、副热带干旱区向中纬度扩张。
在约2.5亿年前，全球大陆汇聚成自南极延伸至北极的超级大陆，也就是潘吉亚超大陆，大陆面积约占地球表面积的35%，大于现代的30%。潘吉亚超大陆时期是地球历史的一个独特阶段，那时，地球处于温室气候，全球平均地面温度约为26°C，远高于现代的15°C，陆地最高温度高达50°C（图1）。在这种超级大陆和极端高温的影响下，哈德雷环流与现代的有何不同？这是胡永云团队研究的核心问题。
图1 潘吉亚超大陆时期（2.5亿年前）海陆分布和模拟的地表温度。
自左至右：2.5亿年前年平均、北半球冬季和南半球冬季温度。
胡永云团队的模拟结果表明，潘吉亚时期年平均的哈德雷环流强度比现代的相对较弱，其中南半球环流圈减弱了20%，北半球环流圈减弱了45%。两半球的下沉支边界纬度比现代的宽约2个纬度。就季节平均而言，南半球冬季的环流圈减弱了27%，下沉支边界向中纬度扩张了2.6个纬度，而北半球冬季的环流圈变化并不显著（图2）。分析表明，哈德雷环流的减弱和扩张分别是由热带和副热带静力稳定度的增加导致的。这与现代气候条件下，全球变暖导致哈德雷环流变弱变宽的机制是相同的。
图2 模拟的潘吉亚超大陆时期的哈德雷环流（质量流函数）及其与现代哈德雷环流的对比。
上排：年平均，中排：北半球冬季，下排：南半球冬季。
自左至右：2.5亿年前、现代、2.5亿年前与现代的哈德雷环流之差。
潘吉亚超大陆时期哈德雷环流的一个最为显著的特征是，北半球和南半球冬季的哈德雷环流上升支分别位于23°S和18°N，与现代的上升支相比均远离赤道，这一现象是由于潘吉亚超大陆时期副热带陆地面积较大以及副热带陆地表面极高的温度造成的，潘吉亚时期的超级季风环流也对哈德雷环流上升支位置偏离赤道有重要贡献。
该项研究是在国家自然科学基金委基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”（41888101）资助下完成的。
Zhang S, Hu Y, Yang J, et al. The Hadley circulation in the Pangea era. Science Bulletin, 2023, 68(10): 1060–1068.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.04.021
