A célula de Hadley, também conhecida como circulação de Hadley, é uma circulação atmosférica tropical de escala global que apresenta o ar subindo perto do equador, fluindo em direção aos polos perto da tropopausa a uma altura de acima da superfície da Terra, resfriando-se e descendo nos subtrópicos em torno de 30 graus de latitude, e então retornando em direção ao equador perto da superfície. É uma circulação termicamente direta dentro da troposfera que emerge devido a diferenças de insolação e aquecimento entre os trópicos e os subtrópicos. Em uma média anual, a circulação é caracterizada por uma célula de circulação em cada lado do equador. A célula de Hadley do Hemisfério Sul é, em média, ligeiramente mais forte que a sua homóloga do norte, estendendo-se ligeiramente além do equador para o Hemisfério Norte. Durante os meses de verão e inverno, a circulação de Hadley é dominada por uma única célula trans-equatorial, com o ar subindo no hemisfério de verão e descendo no hemisfério de inverno. Circulações análogas podem ocorrer em atmosferas extraterrestres, como em Vênus e Marte.
O clima global é grandemente influenciado pela estrutura e comportamento da circulação de Hadley. Os ventos alísios predominantes são uma manifestação dos ramos inferiores da circulação de Hadley, convergindo ar e umidade nos trópicos para formar a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), onde se localizam as chuvas mais pesadas da Terra. Deslocamentos na ZCIT associados à variabilidade sazonal da circulação de Hadley causam monções. Os ramos descendentes das células de Hadley dão origem às cristas subtropicais oceânicas e suprimem a precipitação; muitos dos desertos e regiões áridas da Terra estão localizados nos subtrópicos, coincidentes com a posição dos ramos de subsidência. A circulação de Hadley é também um mecanismo chave para o transporte meridional de calor, momento angular e umidade, contribuindo para a corrente de jato subtropical, para os trópicos úmidos e para a manutenção de um equilíbrio térmico global.
A circulação de Hadley recebeu o nome de George Hadley, que em 1735 postulou a existência de células de circulação que abrangiam o hemisfério, impulsionadas por diferenças de aquecimento, para explicar os ventos alísios. Outros cientistas mais tarde desenvolveram argumentos semelhantes ou criticaram a teoria qualitativa de Hadley, fornecendo explicações e formalismos mais rigorosos. A existência de uma ampla circulação meridional do tipo sugerido por Hadley foi confirmada em meados do século XX, uma vez que observações rotineiras da alta troposfera tornaram-se disponíveis através de radiossondas. Observações e modelagem climática indicam que a circulação de Hadley expandiu-se em direção aos polos desde pelo menos a década de 1980 como resultado das mudanças climáticas, com uma intensificação acompanhante, porém menos certa, da circulação; essas mudanças têm sido associadas a tendências nos padrões meteorológicos regionais. Projeções de modelos sugerem que a circulação irá alargar-se e enfraquecer-se ao longo do século XXI devido às mudanças climáticas. Mecanismo e características miniatura|Em média, a circulação de Hadley é composta por duas células nos hemisférios Norte e Sul que circulam o ar dentro dos trópicos.|alt=Corte transversal mostrando o movimento vertical e meridional do ar em torno das células de Hadley nos hemisférios norte e sul
A circulação de Hadley descreve o amplo revolvimento termicamente direto e meridional do ar dentro da troposfera em baixas latitudes. Dentro da circulação atmosférica global, o fluxo meridional de ar calculado como média ao longo das linhas de latitude é organizado em circulações de movimentos ascendentes e de subsidência, acoplados ao movimento do ar em direção ao equador ou aos polos, chamados de células meridionais. Estas incluem as proeminentes "células de Hadley", centradas sobre os trópicos, e as "células de Ferrel", mais fracas e centradas sobre as latitudes médias. As células de Hadley resultam do contraste de insolação entre as regiões equatoriais quentes e as regiões subtropicais mais frias. O aquecimento desigual da superfície da Terra resulta em regiões de ar ascendente e descendente. Ao longo de um ano, as regiões equatoriais absorvem mais radiação do Sol do que a que irradiam de volta. Em latitudes mais altas, a Terra emite mais radiação do que recebe do Sol. Sem um mecanismo para trocar calor meridionalmente, as regiões equatoriais aqueceriam e as latitudes mais altas esfriariam progressivamente em um desequilíbrio. A ampla ascensão e descida do ar resulta em uma força de gradiente de pressão que impulsiona a circulação de Hadley e outros fluxos de grande escala tanto na atmosfera quanto no oceano, distribuindo calor e mantendo um equilíbrio térmico global de longo prazo e sub-sazonal.
A circulação de Hadley cobre quase metade da área da superfície da Terra, estendendo-se aproximadamente do Trópico de Câncer ao Trópico de Capricórnio. Verticalmente, a circulação ocupa toda a profundidade da troposfera. As células de Hadley que compõem a circulação consistem em ar transportado em direção ao equador pelos ventos alísios na baixa troposfera, que ascende ao ser aquecido perto do equador, juntamente com o ar que se move em direção aos polos na alta troposfera. O ar que é movido para os subtrópicos esfria e então desce antes de retornar ao equador em direção aos trópicos; a posição do ar descendente associado à célula de Hadley é frequentemente usada como uma medida da largura meridional dos trópicos globais. O retorno do ar em direção ao equador e a forte influência do aquecimento tornam a célula de Hadley uma circulação impulsionada termicamente e fechada. Devido à subida flutuante do ar perto do equador e à descida do ar em latitudes mais altas, um gradiente de pressão se desenvolve perto da superfície com pressões mais baixas perto do equador e pressões mais altas nos subtrópicos; isso fornece a força motriz para o fluxo em direção ao equador na baixa troposfera. No entanto, a liberação de calor latente associada à condensação nos trópicos também suaviza a diminuição da pressão com a altura, resultando em pressões mais altas no topo nos trópicos em comparação com os subtrópicos para uma dada altura na alta troposfera; este gradiente de pressão é mais forte do que o seu equivalente perto da superfície e fornece a força motriz para o fluxo em direção aos polos na alta troposfera. As células de Hadley são mais comumente identificadas usando a função de corrente de ventos meridionais ponderada pela massa e com média zonal, mas também podem ser identificadas por outros parâmetros físicos mensuráveis ou deriváveis, como o potencial de velocidade ou a componente vertical do vento em um determinado nível de pressão.
Dada a latitude e o nível de pressão , a função de corrente de Stokes que caracteriza a circulação de Hadley é dada por:
onde é o raio da Terra, é a aceleração devido à gravidade da Terra e é o vento meridional médio zonal na latitude e nível de pressão prescritos. O valor de fornece o fluxo de massa meridional integrado entre o nível de pressão especificado e o topo da atmosfera terrestre, com valores positivos indicando transporte de massa para o norte. A força das células de Hadley pode ser quantificada com base em , incluindo os valores máximo e mínimo ou as médias da função de corrente, tanto globalmente quanto em vários níveis de pressão. A intensidade da célula de Hadley também pode ser avaliada usando outras grandezas físicas, como o potencial de velocidade, a componente vertical do vento, o transporte de vapor de água ou a energia total da circulação.
Estrutura e componentes A estrutura da circulação de Hadley e seus componentes podem ser inferidos grafando-se as médias zonais e temporais dos ventos globais em toda a troposfera. Em escalas de tempo mais curtas, sistemas meteorológicos individuais perturbam o fluxo do vento. Embora a estrutura da circulação de Hadley varie sazonalmente, quando os ventos são calculados em média anual (de uma perspectiva euleriana), a circulação de Hadley é aproximadamente simétrica e composta por duas células de Hadley semelhantes, uma em cada um dos hemisférios Norte e Sul, compartilhando uma região comum de ar ascendente perto do equador; no entanto, a célula de Hadley do Hemisfério Sul é mais forte. Os ventos associados à circulação de Hadley média anual são da ordem de . No entanto, ao calcular a média dos movimentos de parcelas de ar em oposição aos ventos em locais fixos (uma perspectiva lagrangiana), a circulação de Hadley manifesta-se como uma circulação mais ampla que se estende mais em direção aos polos. Cada célula de Hadley pode ser descrita por quatro ramos primários de fluxo de ar dentro dos trópicos:
Um ramo inferior, em direção ao equador, dentro da camada limite planetária Um ramo ascendente perto do equador Um ramo superior, em direção aos polos, na alta troposfera Um ramo descendente nos subtrópicos
miniatura|O aquecimento do ar ao longo do equador térmico faz com que ele suba, gerando uma área de baixa pressão que atrai o ar do norte e do sul, causando a convergência de ventos perto do equador conhecida como Zona de Convergência Intertropical.
Os ventos alísios nas baixas latitudes de ambos os hemisférios Norte e Sul da Terra convergem o ar em direção ao equador, devido a um cinturão de baixa pressão atmosférica exibindo tempestades abundantes e chuvas fortes conhecido como Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Este movimento de ar em direção ao equador perto da superfície da Terra constitui o ramo inferior da célula de Hadley. A posição da ZCIT é influenciada pelo calor das temperaturas da superfície do mar (TSM) perto do equador e pela força dos gradientes de pressão trans-equatoriais. Em geral, a ZCIT localiza-se perto do equador ou é deslocada em direção ao hemisfério de verão, onde se encontram as TSMs mais quentes. Numa média anual, o ramo ascendente da circulação de Hadley está ligeiramente deslocado em direção ao Hemisfério Norte, longe do equador. Devido à força de Coriolis, os ventos alísios desviam-se na direção oposta à rotação da Terra, soprando parcialmente para oeste em vez de diretamente para o equador em ambos os hemisférios. O ramo inferior acumula umidade resultante da evaporação nos oceanos tropicais da Terra. Um ambiente mais quente e ventos convergentes forçam o ar úmido a ascender perto do equador, resultando no ramo ascendente da célula de Hadley. O movimento ascendente é ainda reforçado pela liberação de calor latente, pois a subida do ar úmido resulta em uma faixa equatorial de condensação e precipitação. O ramo ascendente da circulação de Hadley ocorre amplamente em tempestades que ocupam apenas cerca de um por cento da área de superfície dos trópicos. O transporte de calor no ramo ascendente da circulação de Hadley é realizado de forma mais eficiente por torres quentes — nuvens cumulonimbus com fortes correntes ascendentes que não se misturam com o ar mais seco comumente encontrado na troposfera média e, assim, permitem o movimento do ar da baixa troposfera tropical altamente úmida para a alta troposfera. Aproximadamente 1.500–5.000 torres quentes diárias perto da região da ZCIT são necessárias para sustentar o transporte de calor vertical exibido pela circulação de Hadley.