Northmeteo.gr
Μετεωρολογία

Γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας – Μέρος 1

Εικόνα 1γ. Παγκόσμια κατανομή του μέσου ετήσιου ισοζύγιο ακτινοβολίας (απορροφούμενη - εκπεμπόμενη).

Εισαγωγή
Αναρρωτηθήκατε ποτέ γιατί στην περιοχή των Αζόρων επικρατούν υψηλές πιέσεις (αντικυκλώνας των Αζόρων); Τι είναι ο υποτροπικός αεροχείμμαρος; Γιατί στα μέσα γεωγραφικά πλάτη του Ατλαντικού πνέουν δυτικοί άνεμοι; Πώς δημιουργείται ο πολικός στρόβιλος; Γιατί το σύνολο σχεδόν των ερήμων εντοπίζονται σε μια γεωγραφικά στενή λωρίδα με κέντρο τον ισημερινό;
Οι απαντήσεις σε όλα τα παραπάνω ερωτήματα, αλλά και σε πολλά άλλα, μπορούν να δοθούν εξετάζοντας τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Από τη γενική αυτή κυκλοφορία άλλωστε, και τις όποιες περιοδικές ή μη μεταβολές της, ξεκινάει η δημιουργία του καιρού.

Εικόνα 1α. Παγκόσμια κατανομή της μέσης ετήσιας απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας.
Εικόνα 1β. Παγκόσμια κατανομή της μέσης ετήσιας εξερχόμενης γήινης (υπέρυθρης) ακτινοβολίας.
Εικόνα 1γ. Παγκόσμια κατανομή του μέσου ετήσιου ισοζύγιο ακτινοβολίας (απορροφούμενη – εκπεμπόμενη).

 

Για την κατανόηση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας είναι απαραίτητο να ξεκινήσουμε από την εξέταση του ισοζυγίου ακτινοβολίας του πλανήτη μας. Αυτό είναι απαραίτητο διότι, όπως θα αποδειχθεί στη συνέχεια, η ατμόσφαιρα της Γης τίθεται σε κίνηση (γενική κυκλοφορία) εξαιτίας της ασύμμετρης θέρμανσής της επιφάνειας της απο την ηλιακή ακτινοβολία.

Στην Εικ. 1α παρουσιάζεται η χωρική κατανομή της μέσης ετήσιας απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Όπως φαίνεται, το μέγιστο της απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας λαμβάνει χώρα πάνω από τους τροπικούς ωκεανούς, εξαιτίας της μικρής γωνίας με την οποία προσπίπτει η ακτινοβολία αλλά και του μικρού συντελεστή ανακλαστικότητας (albedo). Στον αντίποδα, το ελάχιστοτης απόρροφησης εντοπίζεται πάνω από τους δύο πόλους της Γης και αποδίδεται στην μεγάλη γωνία με την οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία και τις μεγάλες τιμές του συντελεστή ανακλαστικότητας (λόγω της παγοκάλυψης). Στην Εικ. 1β παρουσιάζεται η χωρική κατανομή της μέσης ετήσιας εκπεμπόμενης γήινης ακτινοβολίας. Το μέγιστο της εκπομπής ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος παρατηρείται πάνω από υποτροπικές περιοχές με μικρό ποσοστό μέσης ετήσιας νεφοκάλυψης (ωκεανοί, έρημοι), ενώ σχετικά χαμηλή είναι η εκπομπή πάνω από τις ηπειρωτικές περιοχές του ισημερινού. Συνδυάζοντας τα παραπάνω, καταλήγουμε στην Εικ. 1γ όπου απεικονίζεται η χωρική κατανομή του μέσου ετήσιου ισοζυγίου της ακτινοβολίας. Όπως εύκολα προκύπτει από την Εικ. 1γ, το μέσο ισοζύγιο ακτινοβολίας του πλανήτη μας χαραρακτηρίζεται από μία έντονη αρνητική βαθμίδα καθώς κινούμαστε από τον ισημερινό προς τους πόλους. Με άλλα λόγια, οι περιοχές κοντά στον ισημερινό εμφανίζουν θετικό ισοζύγιο (πλεόνασμα ενέργειας), ενώ όσο κινούμαστε προς τους πόλους το ισοζύγιο σταδιακά καθίσταται αρνητικό (έλλειμα ενέργειας).

Η ασύμμετρη θέρμανση της επιφάνειας της Γης, μας οδηγεί μοιραία στην αναζήτηση ενός μηχανισμού μέσω του οποίου θα πραγματοποιείται η ανακατανομή της διαθέσιμης ενέργειας από τις περιοχές με θετικό ισοζύγιο (ισημερινός, τροπικοί) στις περιοχές με αρνητικό ισοζύγιο (μέσα γεωγραφικά πλάτη, πόλοι). Δίχως την παρουσία ενός τέτοιου μηχανισμού, οι περιοχές του ισημερίνου θα έρχονταν αντιμέτωπες με τη συνεχή θέρμανση, σε αντιδιαστολή με τους πόλους οι οποίοι θα ψύχοταν συνεχώς. Βέβαια, κάτι τέτοιο δε συμβαίνει στην πραγματικότητα, χάρη στη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας η οποία αναδιανείμει τη διαθέσιμη ενέργεια από τον ισημερινό προς τα μέσα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη του πλανήτη μας.

Επισκόπηση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας
Αν και η μελέτη της κίνησης της ατμόσφαιρας αποτελεί ένα πολύπλοκο πρόβλημα, εντούτοις υπάρχουν γενικά “μοντέλα” και “πρότυπα” με βάση τα οποία μπορεί να περιγραφεί η ατμοσφαιρική κυκλοφορία σε παγκόσμια κλίμακα. Τα μοντέλα αυτά θα αποτελέσουν, μεταξύ άλλων, και το αντικείμενο του παρόντος αφιερώματος.
Από τη φύση του, ο μηχανισμός της δημιουργίας και διατήρησης της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαριας είναι πολύπλοκος. Ωστόσο, οι παράγοντες εκείνοι που διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη γενική κυκλοφορία είναι οι επόμενοι:
(1) Ηλιακή ακτινοβολία
Η ενέργεια που προσλαμβάνει το σύστημα Γη-Ατμόσφαιρα από τον ήλιο με την μορφή της ακτινοβολίας αποτελεί το “καύσιμο” της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας.
(2) Λανθάνουσα θερμότητα
Πρόκειται για την ενέργεια (με την μορφή θερμότητας) που απελευθερώνεται κατά την δημιουργία των νεφών (συμπύκνωση υδροσταγονιδίων). Τα πραγματικά τεράστια ποσά λανθάνουσας θερμότητας που εκλύονται κατά το σχηματισμό των νεφών, ιδιαίτερα μάλιστα στις τροπικές και υποτροπικές περιοχές, παίζουν καθοριστικό ρόλο στη διατήρηση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας.
(3) Δύναμη Coriolis
Πρόκειται για μία δύναμη που αναπτύσσεται εξαιτίας της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονα της. Η δύναμη Coriolis παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό του “τρόπου”, όπως θα δούμε στη συνέχεια, με τον οποίο ανακατανέμεται η ενέργεια από τον ισημερινό προς τα μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη.
(4) Δύναμη τριβής
Η δύναμη της τριβής συμμετέχει επίσης ενεργά στη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, επιφέροντας, σε ορισμένες περιπτώσεις, σημαντικές απώλειες κατά την αναδιανομή της ενέργειας.
(5) Θερμική αγωγιμότητα του ατμοσφαιρικού αέρα
Η θερμική αγωγιμότητα του ατμοσφαιρικού αέρα, η οποία καθορίζεται από πλήθος παραγόντων (π.χ. περιεχόμενο σε υδρατμούς κ.α.), αποτελεί ρυθμιστικό παράγοντα, διευκολύνοντας ήδυσχαιρένοντας την μεταφορά της ενέργειας από μία περιοχή προς μία άλλη.

Ολοκληρώνοντας το πρώτο μέρος του αφιερώματος μας στη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, παρουσιάζουμε συνοπτικά τα βασικά στοιχεία αυτής (Εικ. 2). Όπως φαίνεται και στην Εικ. 2, ταβασικά τμήματα της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας είναι:

1) Η ενδοτροπική ζώνη σύγκλισης (Intertropical convergence zone – ITCZ).
2) Οι ΒΑ (Β. ημισφαίρειο) και ΝΑ (Ν. ημισφαίρειο) αληγείς άνεμοι (northeasterly/southeasterly trades, αντίστοιχα).
3) Το κύταρρο Hadley (Hadley cell).
4) Το κύτταρο Ferrel ή κύτταρο των μέσων γεωγραφικών πλατών (mid-latitude cell).
5) Οι δυτικοί ζωνικοί άνεμοι των μέσων γεωγραφικών πλατών (westerlies).
6) Τα πολικά κύτταρα (Polar cell).

Εικόνα 2. Απλοποιημένο μοντέλο της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας (μοντέλο των τριών κυττάρων).

Από την αλληλεπίδραση των προαναφερθέντων κυττάρων, δημιουργούνται επίσης οι υποτροπικοί αεροχείμαρροι (subtropical jets) και οι αεροχείμμαροι του πολικού μετώπου ή πολικοί αεροχείμαρροι (polar jets), οι οποίοι συμπληρώνουν την περιγραφή των δομικών στοιχείων της γενικής κυκλοφορίας.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ

ΥΓΡΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ (ΜΕΡΟΣ 2)

Κυκλογένεση στα υπήνεμα των Άλπεων – Τα χαμηλά της Γένοβας (άρθρο γνώσης με επεξηγηματικά σχήματα και παραπομπές)

Lambros Georgiou

Η γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας (κείμενο, επεξηγηματικά σχήματα και βίντεο)

Lambros Georgiou
Northmeteo
Welcome to the No1 Forecast weather site

Το northmeteo.gr χρησιμοποιει cookies για την βελτίωση της εμπειρίας πλοήγησης σας. Περσσότερα

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close