pasy wiatru otaczające planetę są zorganizowane w trzy komórki na każdej półkuli—komórkę Hadleya, komórkę Ferrela I komórkę polarną., Komórki te występują zarówno na półkuli północnej, jak i Południowej. Ogromna większość ruchu atmosferycznego występuje w komórce Hadleya. Systemy wysokiego ciśnienia działające na powierzchni Ziemi są zrównoważone przez systemy niskiego ciśnienia w innych miejscach. W rezultacie istnieje równowaga sił działających na powierzchni Ziemi.
szerokość geograficzna konia to obszar wysokiego ciśnienia na około 30° do 35° szerokości geograficznej (północnej lub Południowej), gdzie wiatry rozchodzą się w sąsiadujących strefach komórek Hadleya lub Ferrela, i które zazwyczaj mają lekkie wiatry, słoneczne niebo i niewielkie opady.,
Hadley cellEdit
schemat cyrkulacji atmosfery, który opisał George Hadley, był próbą wyjaśnienia wiatrów. Komórka Hadleya jest zamkniętą pętlą cyrkulacyjną, która zaczyna się na równiku. Tam wilgotne powietrze jest ogrzewane przez powierzchnię ziemi, zmniejsza się gęstość i wzrasta. Podobna masa powietrza rosnąca po drugiej stronie równika zmusza te rosnące masy powietrza do poruszania się w poprzek., Rosnące powietrze tworzy strefę niskiego ciśnienia w pobliżu równika. Gdy powietrze porusza się w poprzek, ochładza się, staje się gęstsze i opada na około 30 równoleżniku, tworząc obszar wysokiego ciśnienia. Powietrze zstąpione następnie przemieszcza się w kierunku równika wzdłuż powierzchni, zastępując powietrze, które wzrosło ze strefy równikowej, zamykając pętlę komórki Hadleya. Ruch polewardowy powietrza w górnej części troposfery odchyla się w kierunku wschodnim, spowodowany przyspieszeniem Coriolisa (przejawem zachowania momentu pędu)., Jednak na poziomie gruntu ruch powietrza w kierunku równika w dolnej troposferze odchyla się w kierunku zachodnim, wytwarzając wiatr ze wschodu. Wiatry, które płyną na zachód (od wschodu, wiatr wschodni) na poziomie gruntu w komórce Hadleya, nazywane są wiatrami Pasatowymi.
chociaż komórka Hadleya jest opisana jako położona na równiku, na półkuli północnej przesuwa się na wyższe szerokości geograficzne w czerwcu i lipcu oraz w kierunku niższych szerokości geograficznych w grudniu i styczniu, co jest wynikiem ogrzewania powierzchni przez słońce., Strefa, w której odbywa się największe ogrzewanie, nazywana jest „równikiem termicznym”. Ponieważ lato na półkuli południowej trwa od grudnia do marca, następuje wówczas ruch równika termicznego na wyższe szerokości geograficzne.
System Hadleya stanowi przykład obiegu termicznie bezpośredniego. Moc układu Hadleya, traktowanego jako silnik cieplny, szacowana jest na 200 terawatów.
Ferrel cellEdit
część powietrza wznosząca się na 60° szerokości geograficznej rozchodzi się na dużej wysokości w kierunku biegunów i tworzy komórkę biegunową., Reszta porusza się w kierunku równika, gdzie zderza się na 30 ° szerokości geograficznej z wysokopoziomowym powietrzem komórki Hadleya. Tam opada i wzmacnia wysokie grzbiety pod ciśnieniem. Duża część energii, która napędza ogniwo Ferrela, jest dostarczana przez krążące po obu stronach komórki polarne i Hadleya, które ciągną za sobą ogniwo Ferrela. Komórka Ferrela, teoretyzowana przez Williama Ferrela (1817-1891), jest więc cechą obiegu wtórnego, której istnienie zależy od komórek Hadleya i polarnych po obu jej stronach. Może być uważany za wir stworzony przez komórki Hadleya i Polara.,
powietrze komórki Ferrela, które opada na 30° szerokości geograficznej, wraca do poziomu gruntu i w miarę upływu czasu odchyla się ku wschodowi. W górnej atmosferze komórki Ferrela powietrze poruszające się w kierunku równika odchyla się ku zachodowi. Oba te odchylenia, jak w przypadku komórek Hadleya i biegunowych, są napędzane przez zachowanie momentu pędu. W rezultacie, tak jak Wschodnie pasaty znajdują się poniżej komórki Hadleya, zachodnie znajdują się pod komórką Ferrela.,
komórka Ferrela jest słaba, ponieważ nie ma ani silnego źródła ciepła, ani silnego zlewu, więc przepływ powietrza i temperatury w niej są zmienne. Z tego powodu średnie szerokości geograficzne są czasami znane jako ” strefa mieszania.”Komórki Hadleya i polarne są naprawdę zamkniętymi pętlami, komórka Ferrela nie jest, a punkt mówiący jest w Westerlach, które są bardziej formalnie znane jako” dominujące Westerle.,”Wschodnie wiatry Pasatowe i polarne wschodnio-wschodnie nie mają nad czym panować, ponieważ ich macierzyste komórki cyrkulacyjne są wystarczająco silne i napotykają kilka przeszkód w postaci masywnych cech terenu lub stref wysokiego ciśnienia. Słabsze Westerle komórki Ferrela mogą jednak zostać zakłócone. Lokalny przebieg zimnego frontu może to zmienić w ciągu kilku minut i często tak się dzieje. W rezultacie na powierzchni wiatry mogą zmieniać się gwałtownie w kierunku. Ale wiatry nad powierzchnią, gdzie są mniej zakłócane przez teren, są zasadniczo Zachodnie., Strefa niskiego ciśnienia na 60 ° szerokości geograficznej, która porusza się w kierunku równika, lub strefa wysokiego ciśnienia na 30° szerokości geograficznej, która porusza się w kierunku biegunów, przyspieszy Westerle komórki Ferrela. Silne wysokie, poruszające się polewarki mogą przynieść wiatry zachodnie przez kilka dni.
System Ferrela działa jak pompa ciepła o współczynniku wydajności 12,1, zużywając energię kinetyczną z układów Hadley i polar Z przybliżoną szybkością 275 terawatów.
polar cellEdit
Polar cell to prosty system z silnymi przetwornikami konwekcyjnymi., Chociaż jest chłodne i suche w stosunku do powietrza równikowego, masy powietrza w 60. równoleżniku są nadal wystarczająco ciepłe i wilgotne, aby przejść konwekcję i uruchomić pętlę termiczną. Na 60 równoleżniku powietrze unosi się do tropopauzy (około 8 km na tej szerokości geograficznej)i porusza się w poprzek. W ten sposób masa powietrza wyższego poziomu odchyla się ku wschodowi. Gdy powietrze dociera do obszarów polarnych, ochładza się przez promieniowanie w Przestrzeń Kosmiczną i jest znacznie gęstsze niż powietrze leżące pod nim. Opada, tworząc zimny, suchy obszar wysokiego ciśnienia., Na poziomie powierzchni biegunowej masa powietrza jest odpędzana od bieguna w kierunku 60 równoleżnika, zastępując powietrze, które się tam unosi, a komórka cyrkulacji polarnej jest kompletna. Gdy powietrze na powierzchni porusza się w kierunku równika, odchyla się na zachód. Ponownie odchylenia mas powietrza są wynikiem efektu Coriolisa. Przepływy powietrza na powierzchni nazywane są biegunami polarnymi, płynącymi z północnego wschodu na południowy zachód w pobliżu bieguna północnego i z południowego wschodu na północny zachód w pobliżu bieguna południowego.,
wypływ masy powietrza z komórki tworzy fale harmoniczne w atmosferze znane jako fale Rossby ' ego. Te ultra długie fale wyznaczają ścieżkę strumienia polarnego, który przemieszcza się w strefie przejściowej między tropopauzą a komórką Ferrela. Działając jako radiator, komórka polarna przenosi obfite ciepło z równika w kierunku regionów polarnych.
Komórka Hadleya i komórka biegunowa są podobne w tym, że są termicznie bezpośrednie; innymi słowy, istnieją jako bezpośrednia konsekwencja temperatur powierzchniowych. Ich właściwości termiczne napędzają pogodę w ich domenie., Sama objętość energii, którą transportuje komórka Hadleya i głębokość radiatora zawartego w komórce polarnej, zapewnia, że przejściowe zjawiska pogodowe nie tylko mają znikomy wpływ na systemy jako całość, ale — z wyjątkiem niezwykłych okoliczności — nie tworzą się. Niekończący się łańcuch przechodzących wzlotów i upadków, który jest częścią codziennego życia mieszkańców średniej szerokości geograficznej, pod komórką Ferrela na szerokościach geograficznych między 30 a 60 ° szerokości geograficznej, jest nieznany powyżej 60. i poniżej 30. równoleżników., Istnieją pewne znaczące wyjątki od tej reguły; w Europie niestabilna pogoda rozciąga się co najmniej na 70 równoleżniku na północ.
komórki polarne, terenowe i Katabatyczne wiatry na Antarktydzie mogą tworzyć bardzo zimne warunki na powierzchni, na przykład najniższą zanotowaną temperaturę na Ziemi: -89,2 °c na stacji Wostok na Antarktydzie, zmierzoną w 1983 roku.