Pogoda

Wiadomości podstawowe

Ćwiczenie 1

Ciśnienie atmosferyczne i komórki cyrkulacyjne Hadleya

Komórka cyrkulacyjna Hadleya
Objaśnienia: polar easterlies - polarna strefa przeważających wiatrów wschodnich, polar front - front polarny, westerlies - wiatry zachodnie, trade winds - pasaty, Equatoreial low - równikowy pas niskiego ciśnienia, Hadley cells - komórki Hadleya. 
źródło: NASA
animacja: Julia Heres

Powyższa ilustracja przedstawia model cyrkulacji atmosfery oraz główne obszary wysokiego i niskiego ciśnienia występujące na kuli ziemskiej.

Komórka cyrkulacyjna, która znajduje się pomiędzy równikiem a 30° szer. geogr. N (również pomiędzy równikiem i 30° szer. geogr. S) to komórka Hadleya. Jej nazwa pochodzi od nazwiska badacza - George'a Hadleya, który w 1735 roku odkrył jej istnienie.

W komórce tej dochodzi do przenoszenia ciepła z obszaru równikowego w kierunku obszarów położonych w umiarkowanych szerokościach geogr. oraz polarnych, na obu półkulach.

Zadanie:

Jak wygląda cyrkulacja powietrza w komórce Hadleya?
Czy wiesz co łączy komórkę Hadleya, ruch obrotowy Ziemi i pasaty?

Praca zespołowa (dla dwu lub więcej uczniów):

Spójrz na ilustrację przedstawiającą model cyrkulacji atmosfery.
Jeden z was powinien przeczytać kolegom poniższy tekst objaśniający rysunek.
W tym samym czasie pozostali powinni próbować zrozumieć funkcjonowanie cyrkulacji atmosferycznej, patrząc na ilustrację i wsłuchując się w czytany opis:

Tekst objaśniający:

W obszarze międzyzwrotnikowym przez cały rok panuje wysoka temperatura powietrza.

Natomiast rozkład przestrzenny średnich rocznych opadów atmosferycznych jest bardzo zróżnicowany.

W pobliżu równika przez cały rok występuje dużo opadów, niekiedy trzykrotnie więcej, niż w Europie.

Ale w obszarach zwrotnikowych (wzdłuż równoleżnika 23,5° na półkuli północnej i południowej) odnotowuje się mniej opadów. A w niektórych rejonach przez lata opady nie występują.

Duże nasłonecznienie nad równikiem przyczynia się do silnego nagrzania powietrza. Duże ilości ciepłego i wilgotnego powietrza zostają unoszone do góry. Wraz ze wzrostem wysokości, powietrze ponownie się ochładza.

To przyczynia się do powstawania chmur bardzo rozbudowanych w pionie, a następnie do występowania codziennych burz.

Wskutek unoszenia się mas ciepłego powietrza, przy ziemi panuje niskie ciśnienie.

Ten proces zachodzi w obszarze okołorównikowym. Jego wynikiem jest występowanie obszaru niskiego ciśnienia, stąd nazwa - równikowa strefa obniżonego ciśnienia.

W wyższych partiach troposfery, wznoszące się powietrze przemieszcza się na północ i na południe.

W pobliżu zwrotników (około 23,5° szer. geogr. N i S) powietrze opada w kierunku ziemi. Jest ono bardzo suche, gdyż utraciło swoją wilgoć jeszcze nad obszarem równikowym, poprzez opady deszczu. Opadając powietrze to rozgrzewa się jeszcze bardziej i traci resztę wilgoci. To ciepłe, opadające powietrze wywiera nacisk na powietrze znajdujące się tuż nad ziemią, co jest powodem występowania strefy podwyższonego ciśnienia.

Zjawisko opadania powietrza powoduje podwyższenie ciśnienia atmosferycznego nad powierzchnią gruntu. Przyczynia się to do występowania strefy suchego i bardzo ciepłego powietrza - podzwrotnikowej strefy podwyższonego ciśnienia, obszaru tzw. końskich szerokości (występowania cisz podzwrotnikowych).

Obszary zwrotnikowe (około 23,5° szer. geogr. N i S) charakteryzują się występowaniem wysokiego ciśnienia atmosferycznego, a obszary okołorównikowe niskiego ciśnienia.

Jednak, powietrze w atmosferze dąży do utrzymania równowagi. W związku z tym, następuje przepływ mas powietrza przy powierzchni Ziemi od obszarów zwrotnikowych o wysokim ciśnieniu, w kierunku równika, gdzie panuje niskie ciśnienie atmosferyczne.

Te stale wiejące wiatry są nazywane pasatami. Dawniej żeglarze wykorzystywali je, aby przepłynąć oceany.

W wyniku ruchu obrotowego Ziemi, pasaty na półkuli północnej zostają odchylone w prawo i nazywane są pasatami północno-wschodnimi. Na półkuli południowej pasaty są odchylane w lewo, stąd nazwa - pasaty południowo-wschodnie.

Te wiatry przenoszą ciepłe i suche powietrze, które wchłania napotkaną wilgoć. Nad równikiem pasaty obu półkul łączą się, zamykając cyrkulację pasatową.

Przedstawiony obieg powietrza w atmosferze jest nazywany komórką cyrkulacyjną Hadleya.
 

Eksperyment:

Wiatry, wiejące z południa, są odchylane w lewo, a wiejące z północy - w prawo. W związku z tym, może się wydawać, że pierwsze wieją z południowego-wschodu, natomiast te drugie z północnego-wschodu.
Wierzysz w to?

Sam możesz, w bardzo prosty sposób, przeprowadzić symulację wpływu ruchu obrotowego Ziemi na przepływ powietrza.
  

Potrzebny będzie globus (albo w zastępstwie duży okrągły owoc arbuza, piłka lub chociażby pomidor).

Powinieneś zaznaczyć na globusie równik oraz Zwrotniki: Raka i Koziorożca.
Możesz użyć pióra albo kredy.

Czy pamiętasz kierunek, w którym obraca się Ziemia? Jest on przeciwny do ruchu wskazówek zegara (gdy patrzysz od strony bieguna północnego).

Zacznij obracać globus.
Podczas, gdy globus obraca się, narysuj linie od zwrotników do równika tak, jak wieje wiatr.
Czy jest to linia prosta, czy też nie?

Filmy: zobacz trzy filmy pokazujące ten eksperyment

Uwaga:
Jeśli nie możesz nic zobaczyć, zainstaluj najpierw program Microsoft Media Player (TM) lub RealPlayer (TM).
Jeśli masz powolny modem to lepszym rozwiązaniem jest zapisać najpierw plik z filmem na twoim dysku twardym i dopiero potem go uruchomić. Jeśli masz szybkie połączenie, możesz uruchomić film od razu.

Film 1

Gdyby Ziemia się nie obracała, wiatr wiał by prosto, od zwrotników w stronę równika.
Jednak wiemy, że Ziemia obraca się - spójrz na kolejne dwa filmy, by zobaczyć, jak następuje zmiana kierunku wiatru.

Film 2

Ten film przedstawia wpływ ruchu obrotowego Ziemi na kierunek wiatru na półkuli północnej.
Wiatr nie wieje prosto w stronę równika, lecz skręca w prawo.

Film 3

Ten film przedstawia wpływ ruchu obrotowego Ziemi na kierunek wiatru na półkuli południowej.
Wiatr nie wieje prosto w stronę równika, lecz skręca w lewo.

Porównaj linie narysowane przez ciebie na globusie, z filmami i z poniższą animacją.

Czy oznacza to, że wszyscy żeglarze spotykają się na równiku?
 

O tej stronie:

Autor: Dr Y. Schleicher - University of Nürnberg - Niemcy
Rezenzent dydaktyczny: Prof. dr H. Schrettenbrunner, J. Heres - University of Nürnberg - Niemcy
ostatnia zmiana: 2003-09-15
Tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa, mgr Paweł Jezioro, Uniwersytet Jagielloński, Kraków