Chu trình của không khí lên và xuống được thể hiện trong ví dụ về thành phố của phần trước minh họa một tế bào đối lưu cơ bản . Đối lưu xảy ra khi khối lượng chuyển động hoặc tuần hoàn truyền nhiệt qua một chất. Là sản phẩm của sự thay đổi nhiệt độ và áp suất, quá trình này là một trong những thành phần trung tâm của thời tiết toàn cầu.
Hãy tưởng tượng một Trái đất không quay và không trải qua đêm. Trong ví dụ này, hãy giả sử mặt trời vẫn làm nóng các khu vực xung quanh xích đạo nhiều nhất và các cực ít nhất. Điều này rất giống với ví dụ về thành phố của chúng ta, ngoại trừ toàn bộ vành đai xích đạo sẽ là "thành phố" trong kịch bản này, và đất và biển nguội dần về phía các cực sẽ là "nông thôn". Điều này sẽ dẫn đến hai tế bào đối lưu khổng lồ, hình bát, mỗi tế bào cho mỗi bán cầu. Các luồng không khí mát trên bề mặt sẽ quét về phía xích đạo nóng lên trên đường đi. Khi đến nơi, luồng không khí này sẽ bay lên theo một luồng gió. Sau đó, nó sẽ quét ngược trở lại các cực trong một luồng gió trên không làm mát.
Nhưng tất nhiên, hành tinh của chúng ta có quay, và khi chúng ta áp dụng chuyển động quay vào mô hình hai tế bào giả định của thế giới, mọi thứ trở nên phức tạp nhanh chóng. Bên cạnh việc thay đổi thời gian sưởi ấm ban ngày và ban ngày và làm mát Trái đất, bạn còn có ba yếu tố quan trọng khác hoạt động trong hoàn lưu khí quyển toàn cầu:
- Lực gradient áp suất : Trong khi xích đạo và các cực đại diện cho các khu vực chính của sự khác biệt về áp suất không khí, hành tinh được bao phủ bởi các khu vực có áp suất cao và thấp. Những độ dốc tự nhiên này tạo ra gió bổ sung, khi không khí có áp suất cao chảy vào các khu vực có áp suất thấp. Các nhà khí tượng học ghi lại những khác biệt này bằng cách vẽ các đường đẳng áp trên biểu đồ để kết nối các khu vực có áp suất không khí bằng nhau. Chúng thường xuất hiện dưới dạng các lớp xoáy và vòng tròn đồng tâm xung quanh các khu vực có áp suất cao và áp suất thấp. Một lần nữa, đây là nguyên lý tương tự mà chúng ta đã khám phá trong ví dụ về thành phố - chỉ tưởng tượng các hệ thống áp suất thấp và áp suất cao rải rác khắp bán cầu nhất định. Chúng tôi gọi đây là những cơn bão trung tâm áp suất thấp(không nên nhầm lẫn với bão). Chúng quay theo mô hình xoáy quen thuộc được thấy trong các cơn bão, nơi gió áp suất cao xoáy vào trung tâm áp suất thấp và sau đó đi lên theo một luồng gió mạnh. Chúng tôi gọi các trung tâm áp suất cao là antiyclones và, như tên gọi của nó, chúng đối lập với một cơn lốc xoáy. Không khí áp suất cao đi xuống theo chiều thẳng đứng và sau đó đi ra ngoài theo hình xoắn ốc dọc theo bề mặt vào các khu vực có áp suất thấp hơn.
- Lực Coriolis : Tất cả các vật thể và chất lỏng chuyển động tự do trên Trái đất đều chịu tác dụng của lực này. Ở Bắc bán cầu, gió bị lệch về bên phải. Ở Nam bán cầu, chúng bị lệch sang trái. Lực này yếu nhất ở hai cực và mạnh nhất ở gần xích đạo. Điều này ảnh hưởng đến mô hình Trái đất không chuyển động của chúng ta như thế nào? Nó có nghĩa là gió không chỉ thổi theo hướng bắc và nam từ áp suất cao đến áp suất thấp. Thay vào đó, hiệu ứng Coriolis buộc các luồng không khí này đi theo hướng đông hoặc tây. Điều này phá vỡ các tế bào đối lưu bán cầu thành ba loại tế bào riêng biệt: hai tế bào Hadley , hai tế bào Ferrel và hai tế bào Polar . Tế bào Hadley và Ferrel được đặt tên cho các nhà khí tượng học đã phát hiện ra chúng.
- Ma sát với bề mặt Trái đất : Bất cứ nơi nào gió trên bề mặt gặp Trái đất, đều có khả năng xảy ra ma sát, làm chậm và chuyển hướng luồng không khí. Tuy nhiên, gió trên không gặp phải lực cản này và kết quả là di chuyển với tốc độ cao hơn nhiều. Điều này đặc biệt rõ ràng trong các dòng phản lực , những dòng sông chảy xiết lớn của không khí di chuyển nhanh tồn tại ở độ cao từ 20.000 đến 45.000 feet (6 và 14 km) và di chuyển với tốc độ nhanh tới 200 dặm một giờ (322 kph).
Ba lực này quyết định sức mạnh và hướng của gió trên Trái đất. Nhưng vẫn có những điều kiện cục bộ cần xem xét ở bất kỳ nơi nào có áp suất cao và áp suất thấp gặp nhau. Chúng có thể bao gồm đường bờ biển, núi, thung lũng và các khu vực gần hoạt động của núi lửa.
