Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

1

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Model ogólnej cyrkulacji atmosfery (komórki cyrkulacji)

W rzeczywistości ogólny model cyrkulacji ma strukturę komórkową i na każdej półkuli

można wyróżnić trzy komórki cyrkulacji:

Komórka Hadley’a – jest to komórka cyrkulacyjna pomiędzy równikiem a zwrotnikiem.

W pobliżu równika ciepłe powietrze unosi się do góry i osiada na zwrotnikach, gdzie przy

powierzchni Ziemi wraca w kierunku równika jako pasaty (kierunek NE na półkuli pn. i

SE na półkuli pd.) zamykając tą komórkę cyrkulacyjną.

Komórka Ferrela – obejmuje szerokości od 30 do 60 , gdzie powietrze wznosi się w

pobliżu 60 i opada w okolicach zwrotników.

Komórka polarna – obejmuje obszar od 60 do 90 ; powietrze wznosi się w cieplejszych

obszarach 60 i opada w okolicach biegunów.

Rycina 1. Komórki cyrkulacji atmosfery (http://www.fas.org/)

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

2

Pasaty

W strefie międzyzwrotnikowej przy powierzchni Ziemi występują wschodnie prądy

powietrza, które w miarę zbliżania się do równika obejmują

coraz grubszą warstwę atmosfery. Są to pasaty, które w

wyniku działania siły Coriolisa, przyjmują kierunek

północno-wschodni (na półkuli północnej) i południowo

wschodni (na półkuli południowej). Wieją one na każdej

półkuli w zwróconych ku równikowi częściach wyżów

podzwrotnikowych.

Ponieważ rozkład ciśnienia w strefie międzyzwrotnikowej

zmienia się dość nieznacznie z dnia na dzień i odznacza się

stosunkową stabilnością, pasaty cechuje duża stałość

prędkości (5 – 8m/s) i kierunku, i określa się je jako wiatry

stałe.

Pasaty poruszają się „za słońcem”, przemieszczając się o 3 -

4 wzdłuż południka, jak również przemieszczają się sezonowo w wyniku termicznego

oddziaływania oceanów

Osiadające powietrze w rejonie wyżów tworzy warstwę inwersji lub izotermii

temperatury; w rejonie występowania pasatów jest to warstwa inwersji pasatowej o

miąższości kilkuset metrów (na wysokości 1200 – 2000 m), która hamuje rozwój prądów

konwekcyjnych. Chmury nie osiągają poziomu zlodzenia (wys. ok. 500 m), zaś rzadkie

opady powstają w procesie koagulacji.

W miarę zbliżania się do osi równikowego pola niskiego ciśnienia, pasaty słabną i

zanikają, natomiast coraz silniej zaznaczają się pionowe prądy konwekcyjne. Między

pasatami półkuli północnej i południowej występuje strefa przejściowa, która nosi nazwę

międzyzwrotnikowej strefy zbieżności (MSZ) lub strefy konwergencji. Nad oceanami jej

szerokość waha się od 2 do 10 szerokości geograficznej.

Międzyzwrotnikowa strefa zbieżności pokrywa się z międzyzwrotnikowa strefą niskiego

ciśnienia, dawniej nazywaną równikową strefą ciszy, jednak notowane cisze i słabe wiatry

występują tylko na tych odcinkach strefy konwergencji, gdzie pasaty półkuli północnej i

południowej zanikają stosunkowo wcześnie i nie mają bezpośredniego kontaktu ze sobą.

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

3

W wyniku zbieżności prądów pasatowych i silnej konwekcji w MSZ, rozwija się tu

bardzo wysoko rozbudowane chmury w kierunku pionowym, dające obfite ulewy, którym

towarzyszą burze i silne wiatry.

Monsuny

Monsuny są to okresowe prądy powietrza (wiatry) obejmujące

dolną część troposfery, o charakterystycznym, dominującym

w danej porze roku kierunku. Bezpośrednią przyczyną

pojawiania się monsunu jest sezonowa zmiana ciśnienia

atmosferycznego nad kontynentami i oceanami. Cyrkulacja

monsunowa

występuje

zarówno

w

szerokościach

międzyzwrotnikowych, jak i pozazwrotnikowych.

Typowym

obszarem

monsunowym

jest

południowa

i południowo - wschodnia Azja. Monsuny zwrotnikowe

występują także w północnej Australii, wschodniej Afryce oraz

w Ameryce Środkowej, natomiast monsuny pozazwrotnikowe

występują w niektórych częściach zachodniego wybrzeża

Ameryki Południowej, na wschodnich i północno – wschodnich wybrzeżach Azji, oraz na

wybrzeżach Ameryki Północnej (Alaska, wschodnie wybrzeże

Kanady oraz wybrzeża USA).

W lecie kontynenty silnie się nagrzewają, zaś od nich nagrzewa

się powietrze, które unosi się do góry i nad lądem tworzy się niż

termiczny. Nad oceanem powietrze jest chłodniejsze

i wilgotniejsze niż nad lądem i tworzy się tam wyż. Ruch

przypowierzchniowych mas powietrza odbywa się więc

z oceanu nad ląd. Mówimy wtedy, że wieje monsun letni

(morski). Przynosi on nad ląd ciepłe i wilgotne powietrze oraz

powoduje duże zachmurzenie i opady atmosferyczne.

W zimie ląd ochładza się bardzo szybko i tworzy się tam

ośrodek wysokiego ciśnienia (wyż). Wody oceanu działają

natomiast ocieplająco na zalegające tam powietrze, które unosi

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

4

się do góry, tworząc termiczny niż baryczny. W konsekwencji monsuny w zimie wieją

znad kontynentu ku oceanowi i są to wiatry chłodne i suche. Nazywamy je monsunem

zimowym (lądowym). Kształtuje on pogodę słoneczną, suchą i zazwyczaj bez opadów.

Monsun letni wiejący znad Oceanu Indyjskiego odznacza się częściej dużymi

prędkościami niż monsun zimowy, zaś największą stabilność osiąga w lipcu i w sierpniu.

Monsun zimowy wiejący znad kontynentu azjatyckiego ma największą stałość w grudniu

i styczniu.

Stabilność cyrkulacji monsunowej jest uwarunkowana znaczną stałością układów

barycznych w danej porze roku, co oznacza, że istnieje duża sezonowa przewaga jednych

ośrodków barycznych nad drugimi.

Mimo, że cyrkulacja monsunowa wydaje się być wielkim „zaburzeniem” ogólnej

cyrkulacji atmosfery, obecnie przyjmuje się pogląd, iż cyrkulacja monsunowa stanowi

fragment ogólnej cyrkulacji atmosfery, a nie tylko cyrkulację o charakterze lokalnym

uwarunkowanym tylko i wyłącznie przyczynami termicznymi.

Bryza

Wiatr wiejący na wybrzeżu morskim.

Zmiany kierunku wiatru, występujące w rytmie dobowym, wywołane są różnicami w

nagrzewaniu się lądu i morza.

W dzień ląd nagrzewa się szybciej niż woda, dlatego cieplejsze powietrze nad lądem

unosi się, a na jego miejsce pojawia się chłodniejsze i wilgotniejsze powietrze znad

morza. Zatem bryza dzienna (bryza morska) wieje znad morza na ląd.

W nocy woda oddaje szybciej ciepło niż ląd. Zjawisko powtarza się, ale wiatr wieje w

przeciwnym kierunku. Bryza nocna (bryza lądowa) przynosi na wodę suche powietrze

znad lądu.

Zasięg bryzy to ok. 20-30 km od linii brzegowej w stronę wody. W stronę lądu zasięg ten

jest wyraźnie mniejszy i uzależniony od charakteru powierzchni.

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

5

(http://zdch.amu.edu.pl)

Fen

Warunkiem powstania tego wiatru jest różnica ciśnienia atmosferycznego po obu stronach

bariery górskiej. Różnica ta wymusza ruch powietrza.

Powietrze napotykając góry unosi się, ochładzając się wilgotnoadiabatycznie, tj. ok. 0,6°

na 100 m wysokości. W czasie unoszenia się powietrza następuje kondensacja pary

wodnej – tworzą się chmury i deszcze.

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

6

Suche już powietrze przekracza barierę szczytów górskich i opada po drugiej stronie ku

dolinom. Opadając ogrzewa się, ale tym razem suchoadiabatycznie, tj. ok. 1° na 100 m.

Stąd też wiatry fenowe są suche oraz znacznie cieplejsze niż powietrze na tej samej

wysokości po przeciwnej stronie gór. Im wyższa jest bariera górska, tym ta różnica może

być większa.

(http://wptatry.republika.pl)

Wiatr dolinny (dzienny) i wiatr górski (nocny)

Wiatry lokalne powstające w górach, zmieniające w ciągu doby swój kierunek.

Wiatr dolinny to ciepła masa powietrza przemieszczająca się ku górze z nagrzanych w

ciągu dnia dolin.

Wiatr górski wieje w nocy ku dolinie.

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

7

El Niño i La Niña

W normalnych warunkach, pasaty wiejące u zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej

„spychają” ciepłe wody na środkową część Oceanu Spokojnego, gdzie w strefie

konwergencji pasatów następuje silna konwekcja i opady, zaś u wybrzeży Ameryki

Południowej występuje zjawisko upewllingu i wypływ chłodnych, żyznych wód,

zasilających Prąd Peruwiański, który wpływa „osuszająco” na klimat tego obszaru.

Na ogół pasaty utrzymują równowagę pomiędzy ciepłymi wodami zachodniego Pacyfiku i

chłodnymi wodami jego wschodniej części, zaś termoklina (granica pomiędzy ciepłą

wodą a zimną) leży około 40 metrów pod powierzchnią.

Co trzy – cztery lata występuje okresowe osłabienie cyrkulacji pasatowej, szczególnie we

wschodniej części Oceanu Spokojnego, co powoduje osłabienie zjawiska upwelingu i

Prądu Peruwiańskiego.

Wahania tej cyrkulacji określa się skrótem ENSO, czyli El Niño Southern Oscillation, zaś

przedstawiony schemat nazywa się „komórką Walkera”.

ENSO ma zasięg nie tylko lokalny, ale wpływa na ogólną cyrkulację atmosfery, między

innymi poprzez zmiany położenia podzwrotnikowego prądu strumieniowego, który z

kolei wpływa na ilość sztormów i rozwój huraganów itp. Zjawisko to zwykle występuje w

grudniu (Boże Narodzenie), co spowodowało nazwanie go El Niño, co po hiszpańsku

oznacza „chłopiec”, i tak określa się ciepłą fazę oceanu, natomiast La Niña oznacza

„dziewczynka”, i w taki sposób określa się zjawisko przeciwne do El Niño, czyli chłodną

fazę oceanu.

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

8

Fazy La Niña - El Niño

Faza normalna

Faza normalna to stan oceanu pośredni między La Niña i El Niño. Nie występują ekstremalne

opady i susze. Zjawisko upwellingu zasila wody powierzchniowe u wybrzeży Ameryk w

życiodajne substancje odżywcze.

(http://archiwum.wiz.pl)

Faza ciepła – El Niño

Podczas El Niño wiatry spychają wilgotne powietrze na wschód, odbierając życiodajne opady

południowo-wschodniej Azji i Australii. Ustaje także zjawisko upwellingu.

(http://archiwum.wiz.pl)

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

9

Faza zimna – La Niña

Podczas fazy La Niña pasaty wieją silniej niż zwykle. Wskutek tego większa ilość wilgoci

dociera nad zachodni Pacyfik, powodując powodzie. Jednocześnie na wschodzie brakuje

opadów deszczu.

(http://archiwum.wiz.pl)

NAO – czyli North Atlantic Oscillation, jest to wskaźnik obrazujący zmiany ciśnienia

pomiędzy Wyżem Azorskim i Niżem Islandzkim. Im większy (dodatni) wskaźnik NAO, czyli

im większe różnice ciśnienia pomiędzy tymi ośrodkami, tym „szybciej” wilgotne powietrze

znad Atlantyku napływa nad Europę, co umożliwia lepsze prognozowanie pogody.