een geïdealiseerde weergave van drie grote circulatiecellen met windvlakken
verticale snelheid bij 500 hPa, juli-gemiddelde. Beklimming (negatieve waarden) is geconcentreerd nabij de zonne-evenaar; afdaling (positieve waarden) is meer diffuus maar komt ook voornamelijk voor in de Hadley-cel.
De windgordels die de planeet omringen zijn verdeeld in drie cellen in elk halfrond: de Hadley-cel, de Ferrel-cel en de polaire cel., Deze cellen bestaan in zowel het noordelijke als het zuidelijke halfrond. Het grootste deel van de atmosferische beweging vindt plaats in de Hadley-cel. De hogedruksystemen die op het aardoppervlak werken, worden in evenwicht gehouden door de lagedruksystemen elders. Als gevolg daarvan is er een balans van krachten die werken op het aardoppervlak.de paardenbreedtes zijn een gebied met hoge druk op ongeveer 30 ° tot 35° breedtegraad (noord of Zuid) waar de wind uiteenloopt in de aangrenzende zones van Hadley of Ferrel cellen, en die meestal lichte wind, zonnige luchten en weinig neerslag hebben.,
Hadley cellEdit
het atmosferische circulatiepatroon dat George Hadley beschreef was een poging om de passaatwind te verklaren. De Hadley-cel is een gesloten circulatielus die begint bij de evenaar. Daar wordt vochtige lucht verwarmd door het aardoppervlak, neemt de dichtheid af en stijgt op. Een soortgelijke luchtmassa die stijgt aan de andere kant van de evenaar dwingt die stijgende luchtmassa ‘ s om poleward te bewegen., De stijgende lucht creëert een lage drukzone bij de evenaar. Als de lucht poleward beweegt, koelt het, wordt dichter, en daalt op ongeveer de 30e parallel, het creëren van een hogedrukgebied. De afgedaalde lucht reist dan naar de evenaar langs het oppervlak, het vervangen van de lucht die steeg uit de equatoriale zone, het sluiten van de lus van de Hadley-cel. De poleward beweging van de lucht in het bovenste deel van de troposfeer wijkt af naar het oosten, veroorzaakt door de acceleratie van de coriolis (een manifestatie van behoud van impulsmoment)., Op grondniveau wijkt de beweging van de lucht naar de evenaar in de lagere troposfeer echter af naar het westen, waardoor een wind uit het oosten ontstaat. De wind die naar het westen stroomt (vanuit het oosten, oostenwind) op de grondniveau in de Hadley-cel worden de passaatwind genoemd.
hoewel de Hadley-cel beschreven wordt als gelegen op de evenaar, verschuift hij op het noordelijk halfrond naar hogere breedtegraden in juni en juli en naar lagere breedtegraden in December en januari, wat het resultaat is van de verwarming van het oppervlak door de zon., De zone waar de grootste verwarming plaatsvindt wordt de “thermische evenaar”genoemd. Aangezien de zomer van het zuidelijk halfrond December tot Maart is, vindt de beweging van de thermische evenaar naar hogere zuidelijke breedtegraden plaats.
Het Hadley-systeem geeft een voorbeeld van een thermisch directe circulatie. Het vermogen van het Hadley-systeem, beschouwd als een warmtemotor, wordt geschat op 200 terawatt.
Ferrel cellEdit
een deel van de lucht die op 60° breedtegraad stijgt, divergeert op grote hoogte naar de polen en creëert de poolcel., De rest beweegt naar de evenaar waar het botst op 30° breedtegraad met de lucht van de Hadley-cel. Daar zakt het af en versterkt het de onder hoge druk liggende ruggen. Een groot deel van de energie die de Ferrelcel aandrijft wordt geleverd door de polaire en Hadley-cellen die aan weerszijden circuleren en die de Ferrelcel meeslepen. De Ferrelcel, getheoretiseerd door William Ferrel (1817-1891), is daarom een secundaire circulatiefunctie, waarvan het bestaan afhangt van de Hadley-en polaire cellen aan weerszijden ervan. Het kan worden gezien als een wervelwind gemaakt door de Hadley en polaire cellen.,
De Lucht van de Ferrelcel die op 30° breedtegraad daalt, keert poleward terug op de grond, en wijkt af naar het oosten. In de bovenste atmosfeer van de Ferrelcel, de lucht bewegen naar de evenaar wijkt naar het westen. Beide afwijkingen, zoals in het geval van de Hadley en polaire cellen, worden gedreven door behoud van impulsmoment. Als gevolg hiervan, net zoals de oostelijke passaatwinden onder de Hadley-cel worden gevonden, worden de Westerlies onder de Ferrelcel gevonden.,
De Ferrelcel is zwak, omdat deze noch een sterke warmtebron, noch een sterke spoelbak heeft, zodat de luchtstroom en de temperaturen daarin variabel zijn. Om deze reden, de mid-breedtegraden zijn soms bekend als de “zone van het mengen.”De Hadley-en polaire cellen zijn echt gesloten lussen, de Ferrel-cel is dat niet, en het tellende punt is in de Westerlies, die meer formeel bekend staan als “de heersende Westerlies.,”De oostelijke passaatwinden en de pooloosters hebben niets om over te heersen, omdat hun moedercirculatiecellen sterk genoeg zijn en weinig obstakels tegenkomen, hetzij in de vorm van massieve terreinkenmerken of hoge drukzones. De zwakkere Westerlies van de Ferrelcel kunnen echter verstoord worden. De lokale passage van een koude front kan dat veranderen in een kwestie van minuten, en vaak doet. Als gevolg hiervan kunnen aan het oppervlak de winden abrupt in de richting variëren. Maar de winden boven het oppervlak, waar ze minder worden verstoord door terrein, zijn in wezen westelijk., Een lage drukzone op 60 ° breedtegraad die naar de evenaar beweegt, of een hoge drukzone op 30 ° breedtegraad die poolwaarts beweegt, zal de Westerlies van de Ferrelcel versnellen. Een sterke hoge, bewegende poolwinden kunnen westenwind voor dagen brengen.
Het Ferrel-systeem werkt als een warmtepomp met een prestatiecoëfficiënt van 12,1, die kinetische energie van de Hadley-en polaire systemen verbruikt met een snelheid van ongeveer 275 terawatt.
Polar cellEdit
Main article: Polar vortex and Polar easterlies
De Polar cel is een eenvoudig systeem met sterke convectie drivers., Hoewel koel en droog ten opzichte van equatoriale lucht, zijn de luchtmassa ‘ s op de 60e breedtegraad nog steeds warm en vochtig genoeg om convectie te ondergaan en een thermische lus aan te drijven. Op de 60e breedtegraad stijgt de lucht op naar de tropopauze (ongeveer 8 km op deze breedtegraad) en beweegt zich poleward. De luchtmassa op het hoogste niveau wijkt af naar het oosten. Wanneer de lucht de poolgebieden bereikt, is deze door straling naar de ruimte afgekoeld en is aanzienlijk dichter dan de onderliggende lucht. Het daalt af, waardoor een koude, droge hogedruk gebied., Op het pooloppervlak wordt de luchtmassa weggedreven van de pool naar de 60e breedtegraad, ter vervanging van de lucht die daar steeg, en de polaire circulatiecel is compleet. Als de lucht aan het oppervlak naar de evenaar toe beweegt, wijkt hij westwaarts af. Ook hier zijn de afwijkingen van de luchtmassa ‘ s het gevolg van het corioliseffect. De luchtstromen aan het oppervlak worden de polaire easterlies genoemd, die van noordoost naar zuidwest bij de Noordpool en van Zuidoost naar noordwest bij de Zuidpool stromen.,
de uitstroom van luchtmassa uit de cel creëert harmonische golven in de atmosfeer die bekend staat als Rossby-golven. Deze ultra-lange golven bepalen het pad van de polaire straalstroom, die zich verplaatst binnen de overgangszone tussen de tropopauze en de Ferrelcel. Door op te treden als een koellichaam, beweegt de poolcel de overvloedige warmte van de evenaar naar de poolgebieden.
De Hadley-cel en de polaire cel zijn vergelijkbaar in die zin dat ze thermisch direct zijn; met andere woorden, ze bestaan als een direct gevolg van oppervlaktetemperaturen. Hun thermische eigenschappen drijven het weer in hun domein., De enorme hoeveelheid energie die de Hadley-cel transporteert, en de diepte van het koellichaam in de polaire cel, zorgt ervoor dat voorbijgaande Weersverschijnselen niet alleen een verwaarloosbaar effect hebben op de systemen als geheel, maar — behalve onder ongewone omstandigheden — ze niet vormen. De eindeloze keten van passerende hoogte-en dieptepunten, die deel uitmaakt van het dagelijks leven van de middelste breedtegraadbewoners, onder de Ferrelcel op breedtegraden tussen 30 en 60° breedtegraad, is onbekend boven de 60e en onder de 30e breedtegraad., Er zijn enkele opmerkelijke uitzonderingen op deze regel; over Europa, onstabiel weer strekt zich uit tot ten minste de 70e breedtegraad noord.de poolcellen, het terrein en de Katabatische winden in Antarctica kunnen zeer koude omstandigheden aan het oppervlak creëren, bijvoorbeeld de laagste temperatuur op aarde: -89,2 °C bij Vostok Station in Antarctica, gemeten in 1983.