Una visione idealizzata di tre grandi circolazione cellule che presentano superficie venti
velocità Verticale a 500 hPa, luglio media. L’ascesa (valori negativi) è concentrata vicino all’equatore solare; la discesa (valori positivi) è più diffusa ma si verifica anche principalmente nella cellula di Hadley.
Le cinture di vento che cingono il pianeta sono organizzate in tre cellule in ogni emisfero: la cellula di Hadley, la cellula di Ferrel e la cellula polare., Queste cellule esistono sia nell’emisfero settentrionale che in quello meridionale. La maggior parte del movimento atmosferico si verifica nella cella di Hadley. I sistemi ad alta pressione che agiscono sulla superficie terrestre sono bilanciati dai sistemi a bassa pressione altrove. Di conseguenza, c’è un equilibrio di forze che agiscono sulla superficie terrestre.
Le latitudini del cavallo sono un’area di alta pressione a circa 30° a 35° di latitudine (nord o sud) dove i venti divergono nelle zone adiacenti delle cellule di Hadley o Ferrel, e che in genere hanno venti leggeri, cieli soleggiati e poche precipitazioni.,
Hadley cellEdit
La banda di nuvole dell’ITCZ sul Pacifico orientale e sulle Americhe viste dallo spazio
Il modello di circolazione atmosferica descritto da George Hadley era un tentativo di spiegare gli alisei. La cella di Hadley è un ciclo di circolazione chiuso che inizia all’equatore. Lì, l’aria umida viene riscaldata dalla superficie terrestre, diminuisce di densità e aumenta. Una massa d’aria simile che sale dall’altra parte dell’equatore costringe quelle masse d’aria in aumento a muoversi verso l’alto., L’aria in aumento crea una zona di bassa pressione vicino all’equatore. Mentre l’aria si muove verso il polo, si raffredda, diventa più densa e scende a circa il 30 ° parallelo, creando un’area di alta pressione. L’aria scesa viaggia quindi verso l’equatore lungo la superficie, sostituendo l’aria che saliva dalla zona equatoriale, chiudendo il ciclo della cella di Hadley. Il movimento poleward dell’aria nella parte superiore della troposfera devia verso est, causato dall’accelerazione di coriolis (una manifestazione di conservazione del momento angolare)., A livello del suolo, tuttavia, il movimento dell’aria verso l’equatore nella troposfera inferiore devia verso ovest, producendo un vento da est. I venti che scorrono verso ovest (da est, vento orientale) al livello del suolo nella cella di Hadley sono chiamati Alisei.
Sebbene la cella di Hadley sia descritta come situata all’equatore, nell’emisfero settentrionale si sposta a latitudini più alte in giugno e luglio e verso latitudini più basse in dicembre e gennaio, che è il risultato del riscaldamento della superficie del Sole., La zona in cui avviene il massimo riscaldamento è chiamata “equatore termico”. Poiché l’estate dell’emisfero australe va da dicembre a marzo, avviene il movimento dell’equatore termico verso le latitudini meridionali più elevate.
Il sistema Hadley fornisce un esempio di circolazione termicamente diretta. La potenza del sistema Hadley, considerato come un motore termico, è stimata in 200 terawatt.
Cella di ferrellodit
Parte dell’aria che sale a 60° di latitudine diverge in alta quota verso i poli e crea la cella polare., Il resto si sposta verso l’equatore dove si scontra a 30 ° di latitudine con l’aria ad alto livello della cella di Hadley. Lì si abbassa e rafforza le creste ad alta pressione sottostanti. Gran parte dell’energia che guida la cellula di Ferrel è fornita dalle cellule polari e Hadley che circolano su entrambi i lati e che trascinano la cellula di Ferrel con essa. La cellula di Ferrel, teorizzata da William Ferrel (1817-1891), è, quindi, una caratteristica di circolazione secondaria, la cui esistenza dipende dalle cellule Hadley e polari su entrambi i lati di essa. Potrebbe essere pensato come un vortice creato dalle cellule Hadley e polar.,
L’aria della cella di Ferrel che scende a 30° di latitudine ritorna verso il livello del suolo, e così facendo devia verso est. Nell’atmosfera superiore della cella di Ferrel, l’aria che si muove verso l’equatore devia verso ovest. Entrambe queste deviazioni, come nel caso delle cellule Hadley e polari, sono guidate dalla conservazione del momento angolare. Di conseguenza, proprio come gli Alisei orientali si trovano sotto la cella di Hadley, i Venti occidentali si trovano sotto la cella di Ferrel.,
La cella di Ferrel è debole, perché non ha né una forte fonte di calore né un forte lavandino, quindi il flusso d’aria e le temperature al suo interno sono variabili. Per questo motivo, le medie latitudini sono talvolta conosciute come “zona di miscelazione”.”Le cellule di Hadley e polar sono anelli veramente chiusi, la cellula di Ferrel non lo è, e il punto rivelatore è nei Westerlies, che sono più formalmente conosciuti come” i Westerlies prevalenti.,”Gli alisei orientali e gli alisei polari non hanno nulla su cui prevalere, poiché le loro cellule di circolazione genitore sono abbastanza forti e affrontano pochi ostacoli sia sotto forma di massicce caratteristiche del terreno o zone di alta pressione. I venti occidentali più deboli della cellula di Ferrel, tuttavia, possono essere interrotti. Il passaggio locale di un fronte freddo può cambiare in pochi minuti, e spesso lo fa. Di conseguenza, in superficie, i venti possono variare bruscamente in direzione. Ma i venti sopra la superficie, dove sono meno perturbati dal terreno, sono essenzialmente occidentali., Una zona di bassa pressione a 60 ° di latitudine che si muove verso l’equatore, o una zona di alta pressione a 30° di latitudine che si muove poleward, accelererà i venti occidentali della cellula di Ferrel. Un forte alto, polewards in movimento può portare venti occidentali per giorni.
Il sistema Ferrel agisce come una pompa di calore con un coefficiente di prestazione di 12,1, consumando energia cinetica dai sistemi Hadley e polar ad una velocità approssimativa di 275 terawatt.
Cella Polaredit
La cella polare è un sistema semplice con forti driver di convezione., Sebbene fresco e asciutto rispetto all’aria equatoriale, le masse d’aria al 60 ° parallelo sono ancora sufficientemente calde e umide per subire la convezione e guidare un ciclo termico. Al 60 ° parallelo, l’aria sale alla tropopausa (circa 8 km a questa latitudine) e si muove verso il polo. Mentre lo fa, la massa d’aria di livello superiore devia verso est. Quando l’aria raggiunge le aree polari, si è raffreddata dalla radiazione nello spazio ed è considerevolmente più densa dell’aria sottostante. Scende, creando un’area ad alta pressione fredda e asciutta., A livello della superficie polare, la massa d’aria viene allontanata dal polo verso il 60 ° parallelo, sostituendo l’aria che si è alzata lì, e la cella di circolazione polare è completa. Mentre l’aria in superficie si muove verso l’equatore, devia verso ovest. Ancora una volta, le deviazioni delle masse d’aria sono il risultato dell’effetto Coriolis. I flussi d’aria in superficie sono chiamati i polar easterlies, che scorre da nord-est a sud-ovest vicino al polo nord e da sud-est a nord-ovest vicino al polo sud.,
Il deflusso della massa d’aria dalla cella crea onde armoniche nell’atmosfera note come onde di Rossby. Queste onde ultra-lunghe determinano il percorso della corrente a getto polare, che viaggia all’interno della zona di transizione tra la tropopausa e la cellula di Ferrel. Agendo come un dissipatore di calore, la cella polare sposta il calore abbondante dall’equatore verso le regioni polari.
La cella di Hadley e la cella polare sono simili in quanto sono termicamente dirette; in altre parole, esistono come conseguenza diretta delle temperature superficiali. Le loro caratteristiche termiche guidano il tempo nel loro dominio., L’enorme volume di energia che trasporta la cella di Hadley e la profondità del dissipatore di calore contenuto all’interno della cella polare, assicurano che i fenomeni meteorologici transitori non solo abbiano un effetto trascurabile sui sistemi nel loro complesso, ma — tranne in circostanze insolite — non si formino. L’infinita catena di alti e bassi che fa parte della vita quotidiana per gli abitanti di media latitudine, sotto la cella di Ferrel a latitudini comprese tra 30 e 60° di latitudine, è sconosciuta al di sopra del 60 ° e al di sotto del 30 ° parallelo., Ci sono alcune eccezioni notevoli a questa regola; su Europa, tempo instabile si estende almeno al 70 ° parallelo nord.
La cella polare, il terreno e i venti katabatici in Antartide possono creare condizioni molto fredde in superficie, ad esempio la temperatura più bassa registrata sulla Terra: -89.2 °C alla stazione Vostok in Antartide, misurata 1983.