Une vue idéalisée de trois grandes la circulation des cellules montrant des vents de surface
Verticale de la vitesse à 500 hPa, juillet moyenne. La montée (valeurs négatives) est concentrée près de l’équateur solaire; la descente (valeurs positives) est plus diffuse mais se produit également principalement dans la cellule de Hadley.
Le vent ceintures entourant la planète sont organisées en trois cellules dans chaque hémisphère—la cellule de Hadley, la cellule de Ferrel, et la cellule polaire., Ces cellules existent dans les hémisphères nord et sud. La majeure partie du mouvement atmosphérique se produit dans la cellule de Hadley. Les systèmes à haute pression agissant à la surface de la Terre sont équilibrés par les systèmes à basse pression ailleurs. En conséquence, il y a un équilibre des forces agissant sur la surface de la Terre.
Les latitudes des chevaux sont une zone de haute pression à environ 30° à 35° de latitude (nord ou sud) où les vents divergent dans les zones adjacentes des cellules de Hadley ou de Ferrel, et qui ont généralement des vents légers, un ciel ensoleillé et peu de précipitations.,
Hadley cellEdit
Le schéma de circulation atmosphérique décrit par George Hadley était une tentative d’expliquer les alizés. La cellule de Hadley est une boucle de circulation fermée qui commence à l’équateur. Là, l’air humide est réchauffé par la surface de la Terre, diminue en densité et augmente. Une masse d’air similaire s’élevant de l’autre côté de l’équateur force ces masses d’air montantes à se déplacer vers le pôle., L’air ascendant crée une zone de basse pression près de l’équateur. Au fur et à mesure que l’air se déplace vers le pôle, il se refroidit, devient plus dense et descend vers le 30e parallèle, créant une zone de haute pression. L’air descendu se déplace ensuite vers l’équateur le long de la surface, remplaçant l’air qui est sorti de la zone équatoriale, fermant la boucle de la cellule de Hadley. Le mouvement vers le pôle de l’air dans la partie supérieure de la troposphère dévie vers l’est, causé par l’accélération de coriolis (une manifestation de la conservation du moment angulaire)., Au niveau du sol, cependant, le mouvement de l’air vers l’équateur dans la basse troposphère dévie vers l’ouest, produisant un vent d’est. Les vents de l’ouest (de l’est, vent d’est) au niveau du sol dans la cellule de Hadley sont appelés les alizés.
Bien que la cellule de Hadley soit décrite comme située à l’équateur, dans l’hémisphère nord, elle se déplace vers des latitudes plus élevées en juin et juillet et vers des latitudes plus basses en décembre et janvier, ce qui est le résultat du réchauffement de la surface par le Soleil., La zone où le plus grand chauffage a lieu est appelée « équateur thermique ». Comme l’été de l’hémisphère sud est de décembre à mars, le mouvement de l’équateur thermique vers les latitudes méridionales plus élevées a alors lieu.
Le système Hadley fournit un exemple de circulation thermiquement directe. La puissance du système Hadley, considéré comme un moteur thermique, est estimée à 200 térawatts.
Ferrel cellEdit
une Partie de l’air s’élevant à 60° de latitude diverge à haute altitude vers les pôles et crée la cellule polaire., Le reste se déplace vers l’équateur où il entre en collision à 30° de latitude avec l’air de haut niveau de la cellule de Hadley. Là, il s’apaise et renforce les crêtes à haute pression en dessous. Une grande partie de l’énergie qui entraîne la cellule de Ferrel est fournie par les cellules polar et Hadley circulant de chaque côté et qui entraînent la cellule de Ferrel avec elle. La cellule de Ferrel, théorisée par William Ferrel (1817-1891), est donc une caractéristique de circulation secondaire, dont l’existence dépend des cellules de Hadley et polaires de chaque côté de celle-ci. Il pourrait être considéré comme un tourbillon créé par les cellules Hadley et polar.,
L’air de la cellule de Ferrel qui descend à 30° de latitude retourne vers le poleward au niveau du sol, et comme il le fait, il dévie vers l’est. Dans la haute atmosphère de la cellule de Ferrel, l’air se déplaçant vers l’équateur dévie vers l’ouest. Ces deux déviations, comme dans le cas des cellules de Hadley et polaires, sont dues à la conservation du moment angulaire. Par conséquent, tout comme les Alizés d’est se trouvent sous la cellule de Hadley, les Alizés d’Ouest se trouvent sous la cellule de Ferrel.,
La cellule de Ferrel est faible, car elle n’a ni une forte source de chaleur ni un fort puits, de sorte que le flux d’air et les températures à l’intérieur sont variables. Pour cette raison, les latitudes moyennes sont parfois appelées « zone de mélange ». »Les cellules de Hadley et polar sont vraiment des boucles fermées, la cellule de Ferrel ne l’est pas, et le point révélateur est dans les Westerlies, qui sont plus formellement connus comme » les Westerlies dominants., »Les Alizés d’est et les alizés polaires d’est n’ont rien sur lequel l’emporter, car leurs cellules de circulation parentales sont assez fortes et font face à peu d’obstacles, que ce soit sous la forme de caractéristiques de terrain massives ou de zones de haute pression. Cependant, les Westerlies plus faibles de la cellule de Ferrel peuvent être perturbées. Le passage local d’un front froid peut changer cela en quelques minutes, et le fait fréquemment. En conséquence, à la surface, les vents peuvent varier brusquement de direction. Mais les vents au-dessus de la surface, où ils sont moins perturbés par le terrain, sont essentiellement d’ouest., Une zone de basse pression à 60° de latitude qui se déplace vers l’équateur, ou une zone de haute pression à 30° de latitude qui se déplace vers le pôle, accélérera les Westerlies de la cellule de Ferrel. Un fort haut, polewards mobiles peuvent apporter des vents d’ouest pendant des jours.
Le système Ferrel agit comme une pompe à chaleur avec un coefficient de performance de 12,1, consommant l’énergie cinétique des systèmes Hadley et polar à un taux approximatif de 275 térawatts.
Polar cellEdit
La cellule polaire est un système simple avec de forts conducteurs de convection., Bien que fraîches et sèches par rapport à l’air équatorial, les masses d’air au 60e parallèle sont encore suffisamment chaudes et humides pour subir une convection et entraîner une boucle thermique. Au 60e parallèle, l’air monte vers la tropopause (environ 8 km à cette latitude) et se déplace vers le pôle. Ce faisant, la masse d’air du niveau supérieur dévie vers l’est. Lorsque l’air atteint les zones polaires, il s’est refroidi par rayonnement vers l’espace et est considérablement plus dense que l’air sous-jacent. Il descend, créant une zone de haute pression froide et sèche., Au niveau de la surface polaire, la masse d’air est chassée du pôle vers le 60e parallèle, remplaçant l’air qui s’y est élevé, et la cellule de circulation polaire est complète. Lorsque l’air à la surface se déplace vers l’équateur, il dévie vers l’ouest. Encore une fois, les déviations des masses d’air sont le résultat de l’effet Coriolis. Les flux d’air à la surface sont appelés les pôles est, coulant du nord – est au sud-ouest près du pôle nord et du sud-est au nord-ouest près du pôle sud.,
La sortie de masse d’air de la cellule crée des ondes harmoniques dans l’atmosphère connues sous le nom d’ondes de Rossby. Ces ondes ultra-longues déterminent le trajet du courant-jet polaire, qui se déplace dans la zone de transition entre la tropopause et la cellule de Ferrel. En agissant comme un dissipateur de chaleur, la cellule polaire déplace la chaleur abondante de l’équateur vers les régions polaires.
La cellule de Hadley et la cellule polaire sont similaires en ce qu’elles sont thermiquement directes; en d’autres termes, elles existent comme une conséquence directe des températures de surface. Leurs caractéristiques thermiques déterminent la météo dans leur domaine., Le volume d’énergie que la cellule de Hadley transporte et la profondeur du dissipateur thermique contenu dans la cellule polaire garantissent que les phénomènes météorologiques transitoires ont non seulement un effet négligeable sur l’ensemble des systèmes, mais — sauf dans des circonstances inhabituelles — ils ne se forment pas. La chaîne sans fin de hauts et de bas qui fait partie de la vie quotidienne des habitants des latitudes moyennes, sous la cellule de Ferrel à des latitudes comprises entre 30 et 60° de latitude, est inconnue au-dessus du 60e et au-dessous du 30e parallèle., Il y a quelques exceptions notables à cette règle; sur l’Europe, le temps instable s’étend au moins jusqu’au 70e parallèle nord.
La cellule polaire, le terrain et les vents katabatiques en Antarctique peuvent créer des conditions très froides à la surface, par exemple la température la plus basse enregistrée sur Terre: -89,2 °C à la station Vostok en Antarctique, mesurée en 1983.