en idealiserad bild av tre stora cirkulationsceller som visar ytvindar
vertikal hastighet vid 500 hPa, Juli genomsnitt. Uppstigning (negativa värden) är koncentrerad nära Solens ekvator; nedstigning (positiva värden) är mer diffus men förekommer också huvudsakligen i Hadley-cellen.
vindbältena som omger planeten är organiserade i tre celler på varje halvklot—Hadley-cellen, Ferrel-cellen och polarcellen., Dessa celler finns i både norra och södra halvklotet. Den stora huvuddelen av den atmosfäriska rörelsen sker i Hadley-cellen. De högtryckssystem som verkar på jordens yta balanseras av lågtryckssystemen på annat håll. Som ett resultat finns det en balans mellan krafter som verkar på jordens yta.
hästens breddgrader är ett område med högt tryck vid ca 30 ° till 35 ° latitud (norr eller söder) där vindar divergerar in i angränsande zoner av Hadley eller Ferrelceller, och som vanligtvis har lätta vindar, soliga himmel och liten nederbörd.,
Hadley cellEdit
ITCZ ’ s band av moln över östra Stilla havet och Amerika som ses från rymden
det atmosfäriska cirkulationsmönstret som George Hadley beskrev var ett försök att förklara handelsvindarna. Hadley-cellen är en sluten cirkulationsslinga som börjar vid ekvatorn. Där värms fuktig luft av jordens yta, minskar i densitet och stiger. En liknande luftmassa som stiger på andra sidan ekvatorn tvingar de stigande luftmassorna att flytta poleward., Den stigande luften skapar en lågtryckszon nära ekvatorn. När luften rör sig poleward, kyler den, blir tätare och sjunker vid ungefär den 30: e parallellen, vilket skapar ett högtrycksområde. Den nedåtgående luften färdas sedan mot ekvatorn längs ytan, ersätter luften som steg från ekvatorialzonen och stänger Hadley-cellens slinga. Polewardens rörelse i den övre delen av troposfären avviker mot öst, orsakad av coriolisaccelerationen (en manifestation av bevarande av vinkelmoment)., På marknivå avviker emellertid luftens rörelse mot ekvatorn i den nedre troposfären mot väst och producerar en vind från öst. Vindarna som strömmar till väst (från öst, östlig vind) på marknivå i Hadley-cellen kallas handelsvindarna.
Även om Hadley-cellen beskrivs som belägen vid ekvatorn, skiftar den på norra halvklotet till högre breddgrader i juni och juli och mot lägre breddgrader i December och januari, vilket är resultatet av solens uppvärmning av ytan., Zonen där den största uppvärmningen äger rum kallas ”termisk ekvatorn”. Som den södra halvklotet sommaren är December till Mars sker rörelsen av den termiska ekvatorn till högre sydliga breddgrader då.
Hadley-systemet ger ett exempel på en termiskt direkt cirkulation. Kraften i Hadley-systemet, som betraktas som en värmemotor, uppskattas till 200 terawatts.
Ferrel cellEdit
en del av luften som stiger vid 60° latitud avviker vid hög höjd mot polerna och skapar polarcellen., Resten rör sig mot ekvatorn där den kolliderar vid 30 ° latitud med den höga luften i Hadley-cellen. Där sänker det och stärker högtrycksåsarna under. En stor del av energin som driver Ferrelcellen tillhandahålls av polar-och Hadley-cellerna som cirkulerar på vardera sidan och som drar Ferrelcellen med den. Ferrelcellen, teoretiserad av William Ferrel (1817-1891), är därför en sekundär cirkulationsfunktion, vars existens beror på Hadley och polära celler på vardera sidan av den. Det kan ses som en eddy skapad av Hadley och polarcellerna.,
luften i Ferrelcellen som sjunker vid 30° latitud returnerar poleward på marknivå, och som det gör så avviker den mot öst. I ferrelcellens övre atmosfär avviker luften mot ekvatorn mot väst. Båda dessa avvikelser, som i fallet med Hadley och polarcellerna, drivs av bevarande av vinkelmoment. Som ett resultat, precis som de östliga handelsvindarna finns under Hadley-cellen, finns Westerliesna under Ferrel-cellen.,
Ferrelcellen är svag, eftersom den varken har en stark värmekälla eller en stark diskbänk, så luftflödet och temperaturerna inom det är variabla. Av denna anledning är mitten av breddgraderna ibland kända som ” blandningszonen.”Hadley och polarcellerna är verkligen slutna slingor, Ferrelcellen är inte, och talande punkten är i Westerlies, som är mer formellt kända som” de rådande Westerliesna.,”De östliga handelsvindarna och polaröstrarna har inget att råda över, eftersom deras modercirkulationsceller är tillräckligt starka och står inför få hinder, antingen i form av massiva terrängfunktioner eller högtryckszoner. De svagare Westerliesna i Ferrelcellen kan emellertid störas. Den lokala passagen av en kall front kan ändra det på några minuter, och ofta gör. Som ett resultat kan vindar på ytan variera plötsligt i riktning. Men vindarna ovanför ytan, där de är mindre störda av terräng, är i huvudsak västliga., En lågtryckszon vid 60 ° latitud som rör sig mot ekvatorn, eller en högtryckszon vid 30 ° latitud som rör sig poleward, kommer att påskynda Ferrelcellens Westerlies. En stark hög, rörliga polewards kan ge västliga vindar i flera dagar.
Ferrelsystemet fungerar som en värmepump med en prestationskoefficient på 12,1, som förbrukar kinetisk energi från Hadley-och polarsystemen med en ungefärlig hastighet av 275 terawatt.
Polar cellEdit
polarcellen är ett enkelt system med starka konvektionsdrivrutiner., Även om sval och torr i förhållande till ekvatorialluften är luftmassorna vid 60: e parallellen fortfarande tillräckligt varma och fuktiga för att genomgå konvektion och driva en termisk slinga. Vid den 60: e parallellen stiger luften till tropopausen (ca 8 km vid denna latitud) och flyttar poleward. Som det gör, avviker den övre nivån luftmassan mot öst. När luften når polarområdena har den svalnat av strålning till rymden och är betydligt tätare än den underliggande luften. Det sjunker, vilket skapar ett kallt, torrt högtrycksområde., Vid polär ytnivå drivs luftens massa bort från Polen mot den 60: e parallellen, ersätter luften som steg där och polarcirkulationscellen är klar. När luften vid ytan rör sig mot ekvatorn, avviker den västerut. Återigen är avvikelserna från luftmassorna resultatet av Corioliseffekten. Luftflödet vid ytan kallas polar easterlies, som strömmar från nordost till sydväst nära Nordpolen och från sydost till nordväst nära Sydpolen.,
utflödet av luftmassa från cellen skapar harmoniska vågor i atmosfären som kallas Rossby waves. Dessa ultralånga vågor bestämmer vägen för den polära jetströmmen, som reser inom övergångszonen mellan tropopausen och Ferrelcellen. Genom att fungera som en kylfläns flyttar polarcellen den rikliga värmen från ekvatorn mot polarområdena.
Hadley-cellen och polarcellen är likartade genom att de är termiskt direkt; med andra ord finns de som en direkt följd av yttemperaturer. Deras termiska egenskaper Driver vädret i deras domän., Den stora mängden energi som Hadley-cellen transporterar, och djupet på kylflänsen som finns i polarcellen, säkerställer att övergående Väderfenomen inte bara har försumbar effekt på systemen som helhet, men — utom under ovanliga omständigheter — bildar de inte. Den ändlösa kedja av passerande toppar och dalar som är en del av vardagen för mid-latitude invånare, under Ferrelcellen på breddgrader mellan 30 och 60° latitud, är okänd över 60th och under 30th paralleller., Det finns några anmärkningsvärda undantag från denna regel. över Europa sträcker sig det instabila vädret till åtminstone den 70: e parallella norr.
polarcellen, terrängen och Katabatiska vindarna i Antarktis kan skapa mycket kalla förhållanden vid ytan, till exempel den lägsta temperatur som registrerats på jorden: -89,2 °C vid Vostok Station i Antarktis, mätt 1983.