Die allgemeine Zirkulation

Im Durchschnitt von Wetter und Jahreszeiten pendelt sich die Atmosphäre in einem wiederkehrenden globalen Muster von Umwälzzellen, Passatwinden und Jetstreams ein, das Wärme von den Tropen zu den Polen umverteilt.

Definition

Die allgemeine Zirkulation ist die statistisch gemittelte großräumige Strömung der globalen Atmosphäre, die die mittleren meridionalen Zellen, die vorherrschenden Oberflächenwinde und die Höhenstrahlströme umfasst, die zusammen Energie und Drehimpuls über die Breitengrade transportieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die zeitlich und zonal gemittelte Struktur der globalen Atmosphäre, einschließlich der Hadley-, Ferrel- und Polarzellen, der Passatwinde und der Westwinde der mittleren Breiten, der subtropischen und polarfrontalen Jetstreams sowie die Rolle von Wirbeln beim Transport von Wärme und Impuls.

Core questions

• Was führt zu den Passatwinden, Westwinden und polaren Ostwinden?
• Wie wälzen die Hadley-, Ferrel- und Polarzellen die Atmosphäre um?
• Wie teilen sich mittlere Zellen und transiente Wirbel die Aufgabe des polwärtigen Wärmetransports?
• Was bestimmt die Position und Stärke der Jetstreams?

Key theories

Hadley-Zirkulation

Intensive Sonneneinstrahlung in Äquatornähe treibt aufsteigende Bewegung und eine thermisch direkte Umwälzzelle an, deren polwärtiger oberer Ast, durch Rotation abgelenkt, den subtropischen Jet und die Passatwinde an der Oberfläche erzeugt.

Wirbelgetriebene Zirkulation der mittleren Breiten

In den Außertropen bewerkstelligen barokline Wirbel anstelle einer einfachen Umwälzzelle den größten Teil des polwärtigen Wärme- und Impulstransports, wobei sie die Oberflächenwestwinde und den wirbelgetriebenen Polarfront-Jet aufrechterhalten.

Mechanisms

Die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung erwärmt die Tropen stärker als die Pole, und die Atmosphäre reagiert darauf, indem sie Energie polwärts transportiert. In den Tropen geschieht dies durch die thermisch direkten Hadley-Zellen, deren obere Äste den Drehimpuls erhalten, um die subtropischen Jets zu bilden, und deren absteigende Äste die subtropischen Wüsten erzeugen. In den mittleren Breiten übernehmen barokline Wirbel den größten Teil des Transports, wobei sie die Oberflächenwestwinde, die Ferrel-Zelle und den Polarfront-Jet aufrechterhalten, während schwache Polarzellen das Muster vervollständigen.

Clinical relevance

Die allgemeine Zirkulation bestimmt die Klimazonen des Planeten, die Lage von Wüsten und Regengürteln, die vorherrschenden Winde, die Handel und Luftfahrt prägen, und die Sturmzugbahnen, entlang derer Wettersysteme ziehen, wodurch sie den Hintergrund bildet, vor dem alles regionale Wetter und Klima verstanden wird.

History

George Hadley schlug 1735 eine einzelne tropische Umwälzzelle vor, um die Passatwinde zu erklären; William Ferrel fügte im neunzehnten Jahrhundert eine Zelle in mittleren Breiten hinzu, und die Beobachtungs- und Theoriearbeit des zwanzigsten Jahrhunderts, einschließlich Lorenzs Synthese und Starrs Analyse der Wirbelflüsse, etablierte das moderne, wirbelbewusste Bild der allgemeinen Zirkulation.

Key figures

• George Hadley
• William Ferrel
• Edward Lorenz
• Victor Starr

Seminal works

• wallace2006
• vallis2017

Frequently asked questions

Warum gibt es Wüsten um 30 Grad Breite?

Der absteigende Ast der Hadley-Zelle sinkt in der Nähe von 30 Grad Breite ab, erwärmt und trocknet die Luft, was Wolken und Niederschläge unterdrückt und zu den großen subtropischen Wüstengürteln führt.

Was treibt die vorherrschenden Westwinde der mittleren Breiten an?

Barokline Wirbel, die wandernden Hoch- und Tiefdruckgebiete des Wetters in mittleren Breiten, transportieren Impuls, der die Oberflächenwestwinde und den wirbelgetriebenen Jetstream aufrechterhält, sodass die Westwinde durch die Wettersysteme selbst aufrechterhalten werden.