由于地球自转轴与公转平面（黄道面)法线有一个小角度倾斜，多数太阳辐射都落在了赤道带，即南纬30°到北纬30°之间。为了把这部分能量分配到赤道带以外，则必须建立一个高效的能量传输机制。
因为大气本身不能拦截大量的太阳辐射，所以地球表面首先被加热，然后接触到地球表面的空气通过热传导而被加热。空气一旦被加热后，将变得比紧邻的上层空气轻，因此发生上浮运动，称作对流。空气上浮后会被逐渐冷却，导致里面的水蒸气凝结而释放潜热。潜热的释放则加强了对流过程。热带对流把巨量的热从地表直接推送对流层顶部，即约15km高空。
参与热带对流的空气质量来源于地表附近空气的汇聚。热带对流带也因此被叫做热带辐合带（Inter-Tropical Convergence Zone)。地表流向赤道的气流由于地转偏力而向西偏转，也就我们常说的信风（trade winds)。
但是在云端，空气必须从赤道流走，即分散开来。当高空的空气在约纬度30°附近下沉时，地表附近的汇聚和空中的分散最终形成了一个半封闭的循环。描述上述循环的理论于1735年由George Hadley发布。哈德莱（Hadley)环流圈因此展示了热量和水汽由赤道向外传导的主要机制，如图11-5所示。哈德莱环流在副热带高压带下沉的空气在水平压力梯度力的作用下，分别向赤道和极低流去。其中，流向赤道低压的那只气流，在往南运行的过程中，在地转偏力的作用下形成东北信风（指北半球，南半球正好相反)，因此哈德莱环流圈也称作低纬度环流圈或信风环流圈；北半球底层由副热带高压流向副极地低压的那支气流，在向北运行的过程中，受到地转偏力的影响，向右偏转形成中纬度的西南风，因高层和低层大气均吹西南风，故称盛行西风带。
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图11-5 北半球三圈环流模型
极低高压区冷却下沉向南扩散的寒冷东北气流与从副热带高压向北流动的西南暖湿气流，在北纬60°附近汇合，形成锋面，即极锋（polar front)。沿极锋上升的暖空气，到高空后也分成南、北两支，分别向副热带和极地上空流去。向南的一支，流到副热带高空下沉，形成一个按顺时针方向流动的环流圈，称为费雷尔（Ferrel)环流圈，也称为中纬度环流圈。由于其方向与哈德莱环流圈相反，故亦可称哈德莱环流圈为直接环流，费雷尔环流圈为间接环流。在极锋上空，向北流动的一支，流到极地上空，冷却下沉以补充极地底层向南流失的空气，这样在高纬度地区也构成一个正的环流圈，通常称为极地环流，亦称作高纬度环流。哈德莱环流上层来自赤道的更暖空气与费雷尔环流上层来自高纬度较冷空气在对流层上部相遇，形成副热带锋区[82]。
这就是三圈环流理论模型，是20世纪20年代提出的，假定地球性质均匀，无摩擦，只考虑太阳辐射和地球自转作用。
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