大気大循環

気象や季節を通じて平均化すると、大気は、熱帯から極域へと熱を再分配する、反転セル、貿易風、ジェット気流からなる周期的な地球規模のパターンに落ち着きます。

Definition

大気大循環とは、地球大気の統計的に平均化された大規模な流れであり、平均子午面循環、卓越する地表風、および緯度を越えてエネルギーと角運動量を輸送する上層ジェット気流を包含します。

Scope

このトピックでは、ハドレー循環、フェレル循環、極循環、貿易風、中緯度偏西風、亜熱帯ジェット気流、極前線ジェット気流、および熱と運動量の輸送における渦の役割を含む、地球大気の時間的および帯状平均構造について扱います。

Core questions

• 貿易風、偏西風、極東風は何によって生じるのでしょうか？
• ハドレー循環、フェレル循環、極循環はどのように大気を循環させるのでしょうか？
• 平均循環と過渡的な渦は、極方向への熱輸送の役割をどのように分担しているのでしょうか？
• ジェット気流の位置と強さは何によって決まるのでしょうか？

Key theories

ハドレー循環

赤道付近の強い太陽加熱は上昇運動と熱的に直接的な反転セルを駆動し、その極方向への上層部は、自転によって偏向され、亜熱帯ジェット気流と地表の貿易風を生み出します。

中緯度の渦駆動循環

熱帯外では、単純な反転セルではなく傾圧渦が極方向への熱と運動量の輸送の大部分を達成し、地表偏西風と渦駆動の極前線ジェット気流を維持します。

Mechanisms

不均一な太陽加熱は、極域よりも熱帯をより暖め、大気はエネルギーを極方向へ輸送することでこれに応答します。熱帯では、これは熱的に直接的なハドレー循環を通じて発生し、その上層部は角運動量を保存して亜熱帯ジェット気流を形成し、その下降部は亜熱帯砂漠を作り出します。中緯度では、傾圧渦が輸送の大部分を担い、地表偏西風、フェレル循環、および極前線ジェット気流を維持し、弱い極循環がパターンを完成させます。

Clinical relevance

大気大循環は、地球の気候帯、砂漠と降雨帯の位置、商業と航空を形作る卓越風、および気象システムが移動する嵐の経路を設定し、すべての地域的な気象と気候が理解される背景となります。

History

ジョージ・ハドレーは1735年に貿易風を説明するために単一の熱帯反転セルを提唱しました。ウィリアム・フェレルは19世紀に中緯度セルを追加し、ローレンツの統合やスターの渦束分析を含む20世紀の観測的および理論的研究により、大気大循環の現代的な渦を考慮した見方が確立されました。

Key figures

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

Seminal works

• wallace2006
• vallis2017

Frequently asked questions

なぜ緯度30度付近に砂漠があるのでしょうか？

ハドレー循環の下降枝は緯度30度付近で下降し、空気を暖め乾燥させるため、雲や降雨が抑制され、広大な亜熱帯砂漠帯が生じます。

中緯度の卓越する偏西風は何によって駆動されるのでしょうか？

中緯度気象の移動性の高気圧と低気圧である傾圧渦は、地表偏西風と渦駆動ジェット気流を維持する運動量を輸送するため、偏西風は気象システム自体によって維持されています。