Модели глобальной циркуляции

В любое время по всему земному шару переплетается множество погодных систем, однако при усреднении за многие годы возникает глобальная картина движения воздуха.

Дифференциальный нагрев

Причина, по которой у нас разные погодные условия, струйные течения, пустыни и преобладающие ветры, заключается в глобальной атмосферной циркуляции, вызванной вращением Земли и количеством тепла, которое получают разные части земного шара.

Солнце является нашим основным источником тепла, и из-за наклона Земли, ее кривизны, нашей атмосферы, облаков и полярных льдов и снегов разные части мира нагреваются по-разному.Это создает большую разницу температур между полюсами и экватором, но наша глобальная циркуляция обеспечивает естественную систему кондиционирования воздуха, не позволяющую экватору становиться все жарче и жарче, а полюса — все холоднее и холоднее.

Мировой тираж

Над большей частью земной поверхности имеют место крупномасштабные циркуляции ветра. Глобальную циркуляцию можно описать как всемирную систему ветров, с помощью которых осуществляется необходимый перенос тепла из тропических широт в полярные.

В каждом полушарии имеется по три ячейки (ячейка Хэдли, ячейка Ферреля и ячейка Поляра), в которых воздух циркулирует по всей глубине тропосферы. Тропосфера — это название, данное вертикальной протяженности атмосферы от поверхности до высоты от 10 до 15 км. Это часть атмосферы, где происходит большая часть погоды.

ячейка Хэдли

Самые большие клетки простираются от экватора до 30–40 градусов северной и южной широты и называются ячейками Хэдли в честь английского метеоролога Джорджа Хэдли.

В ячейках Хэдли пассаты дуют к экватору, затем поднимаются к экватору в виде прерывистой линии гроз, образующих Зону межтропической конвергенции (ITCZ). С вершин этих штормов воздух течет к более высоким широтам, где он опускается, образуя области высокого давления над субтропическими океанами и горячими пустынями мира, такими как пустыня Сахара в Северной Африке.

Клетка Феррела

В средних ячейках, известных как ячейки Ферреля, воздух сходится на малых высотах, чтобы подняться вдоль границы между холодным полярным воздухом и теплым субтропическим воздухом, который обычно находится между 60 и 70 градусами северной и южной широты. Это часто происходит на широте Великобритании, из-за чего у нас нестабильная погода. Циркуляция внутри ячейки Ферреля осложняется обратным потоком воздуха на больших высотах в сторону тропиков, где он соединяется с опускающимся воздухом из ячейки Хэдли.

Ячейка Феррела движется в направлении, противоположном двум другим ячейкам (ячейке Хэдли и ячейке Поляра), и действует как шестеренка. В этой ячейке приземный ветер дул бы с южного направления в северном полушарии. Однако вращение Земли вызывает видимое движение вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Это отклонение вызвано эффектом Кориолиса и приводит к преобладающим западным и юго-западным ветрам, которые часто наблюдаются над Великобританией.

Полярная ячейка

Самыми маленькими и слабыми ячейками являются полярные ячейки, которые простираются от 60 до 70 градусов северной и южной широты до полюсов. Воздух в этих ячейках опускается над самыми высокими широтами и вытекает к более низким широтам на поверхности.

Эффект Кориолиса, ветры и погода в Великобритании

Теперь, когда мы знаем о ячейках Хэдли, Феррела и Поляра, давайте посмотрим, как все это соотносится с тем, что мы видим на поверхности Земли. В результате вращения Земли каждая ячейка имеет связанные с ней преобладающие ветры, и у нас также есть струйные течения, на все из которых влияет то, что называется эффектом Кориолиса. Это объясняет, почему воздух движется в определенном направлении вокруг области низкого давления и почему существуют пассаты. Это также дает нам представление о том, почему мы видим определенную погоду в Великобритании и вокруг нее.

Теплый влажный воздух из тропиков поступает на север приземными ветрами ячейки Феррела. Затем он встречается с холодным сухим воздухом, движущимся на юг в полярной ячейке. Полярный фронт формируется там, где встречаются эти две противоположные воздушные массы, что приводит к восходящему воздуху и низкому давлению на поверхности, часто на широте Великобритании.

Струйное течение полярного фронта приводит в движение эту область нестабильной атмосферы. В Великобритании и многих других странах Европы часто наблюдается неустойчивая погода, которая возникает из-за перемещения областей низкого давления, которые образуются, когда влажный воздух поднимается вдоль полярного фронта.

Системы погоды (или низкого давления), несущие дожди и нестабильные условия, регулярно перемещаются через Атлантику.Струйный поток направляет эти системы, поэтому его положение важно для погоды в Великобритании.

Летом нормальное положение струйного течения должно быть к северу от Великобритании, утаскивая эти погодные системы от наших берегов, чтобы дать нам относительно устойчивую погоду.

Обычно струйный поток проходит прямо с запада на восток и довольно быстро проталкивает погодные системы. Однако иногда направляющий поток струйного течения может извиваться (немного похоже на реку), изгибаясь на север и юг, направляясь на восток через Атлантику. Это называется меридиональным потоком, а более линейный поток с запада на восток называется зональным потоком.

Во время меридионального течения области низкого давления могут застревать над Великобританией, что приводит к длительным периодам дождей и сильным ветрам. Зимой струйный поток полярного фронта перемещается дальше на юг, что увеличивает риск неустойчивой погоды и даже снега, если холодные арктические воздушные массы перемещаются на юг над Великобританией.

Продолжающийся эффект трех циркуляционных ячеек (ячейка Хэдли, ячейка Ферреля и ячейка Поляра) в сочетании с влиянием эффекта Кориолиса приводит к глобальной циркуляции. Чистый эффект заключается в передаче энергии от тропиков к полюсам на гигантской конвейерной ленте.