7.2. A légkör általános cirkulációja, XX. századi modellek

A 7.2. ábrán bemutatott – szintén egycellás – cirkulációs modellben már szerepel a Föld saját tengelye körüli forgása, illetve az ennek következtében fellépő Coriolis-erő. Ennek hatására ebben a módosított modellben már megjelennek az alacsony földrajzi szélességek keleties szelei, az ún. passzát szelek.

 

Hadley-féle egycellás konvektív modell

7.2. ábra: Hadley-féle egycellás konvektív modell, mely már a Föld saját tengelye körüli forgását, s így a Coriolis-erőt is figyelembe veszi. (Bal oldalon az északi félgömb vertikális metszete, jobb oldalon a földforgás eltérítő ereje hatására módosult áramvonalak.)

Háromcellás cirkulációs modell: Bár az 1920-as években kidolgozott háromcellás cirkulációs modellen a későbbi évtizedekben (a mind pontosabb magas légköri megfigyelések eredményeinek felhasználásával) még sokat finomítottak, mégis az elmélet alapvetően mind a mai napig helytálló.

A 7.3. ábra mutatja be a forgó Föld idealizált, átlagos viszonyokat tükröző háromcellás cirkulációs modelljét. Ebben a Hadley által feltételezett cirkuláció, mint az Egyenlítőhöz legközelebbi cella-pár jelenik meg, Hadley-cella néven. Ezen kívül még megjelenik a mérsékelt öv nyugatias áramlásait lefedő Ferrel-cella, valamint az északi és déli sarkvidékeken a keleties áramlások által uralt poláris cella. A szomszédos cellákban a levegő egymással ellentétes irányban áramlik, így alakul ki a két Hadley-cella érintkezésénél az Egyenlítő térségében a talajon az ún. trópusi összeáramlási zóna (ITCZ), s a tropopauza magasságában egy szétáramlási zóna. Ehhez hasonlóan a Hadley- és a Ferrel-cella találkozásánál süllyedő száraz, hűvös levegőt találunk, s a felszínen kialakul a szubtrópusi magas nyomású zóna.

 

A forgó Föld idealizált háromcellás cirkulációs modellje

7.3. ábra: A forgó Föld idealizált háromcellás cirkulációs modellje

 

Az Egyenlítőtől északra és délre közel szimmetrikusan elhelyezkedő Hadley-féle konvektív cella

7.4. ábra: Az Egyenlítőtől északra és délre közel szimmetrikusan elhelyezkedő Hadley-féle konvektív cella, melyben az intenzív besugárzás hatására heves feláramlás indul meg. Ez vezet a trópusokra jellemző erős felhősödéshez, s a belőlük kihulló sok csapadékhoz. A térítők közelében a magas szinteken találhatók a futóáramlások (jet-stream-ek), melyek a Hadley- és a Ferrel-cellák közötti légtömeg- és impulzusmomentum-csere fő színterei.

A 7.4. ábra kicsit részletesebben mutatja az Egyenlítőhöz legközelebb lévő, északra és délre közel szimmetrikusan elhelyezkedő Hadley-féle konvektív cellákat. Itt az intenzív besugárzás hatására heves feláramlás indul meg, mely a trópusokra jellemző erős felhősödést eredményezi. A feláramló meleg levegő, s a gomolyos szerkezetű (Cumulus) toronyfelhők kialakulása felszabadítja a látens hőt a légtömegből, s elméleti megfontolások szerint ez a folyamat biztosítja a Hadley-cellában zajló áramlásokhoz szükséges mozgási energiát. A felhőkből hulló bő csapadék táplálja a trópusokon fejlődő dús növényzetet, nevezetesen Délkelet-Ázsia, Afrika Egyenlítői régiója, s Dél-Amerika (az Amazonas-medence) esőerdőit. A cirkulációs cellában a troposzféra tetejére, a tropopauzához már száraz és jelentős mértékben lehűlt légtömeg érkezik. Az áramlás kettéválva a sarkok irányába indul, s a lehűlési folyamat tovább folytatódik. Az északi és déli 30° szélességeket elérve lefelé indul a légáram és (az adiabatikus süllyedés miatt) meleg száraz légtömegként éri el a talajt. Ez jól összecseng a szubtrópusi régió éghajlati sajátosságaival, mely zónába például az afrikai Szahara, s a Nagy Ausztrál Sivatag is tartozik. Ebben a leszálló légáramlatok által uralt térségben a felszín közelében gyenge légmozgás uralkodik, gyakori a szélcsend. Spanyol hajósok ló szélességnek (spanyolul latitudes de los caballos, angolul hors latitudes) nevezték ezt az övezetet, mivel a legendák szerint a hosszú szélmentes időszakok során nem egyszer kényszerültek az óceánon átkelő hódító harcosok lovaikat a tengerbe ölni, mikor már elfogyott a hajón az etetésükhöz, itatásukhoz szükséges abrak és víz.

A Hadley-cella felszíni áramlási ága a passzát szelek öve, mely mindkét félgömbön keleties szélösszetevőket tartalmaz. Angol nyelvterületen kereskedelmi szeleknek (trade winds) hívják e szélövet arra utalva, hogy az óceánt átszelő kereskedelmi utakat ebben az övben volt érdemes tervezni, hiszen sem a szélcsendes ló szélesség, sem pedig a sarkok felé azt követő nyugatias szelek öve nem adott a hajózáshoz biztonságos szélviszonyokat.

 

A trópusi összeáramlási vonal átlagos júliusi és januári állapota

7.5. ábra: A trópusi összeáramlási vonal átlagos júliusi és januári állapota

A két Hadley-cella között, a talajon található a trópusi összeáramlási vonal. Helye az év során nem állandó, mellyel együtt nyilván a két cirkulációs cella is vándorol. A trópusi összeáramlási vonal aktuális helyzete egyrészt az évszakok, másrészt a földrajzi hosszúság szerint is változik. Két szélső állapotát júliusban és januárban a 7.5. ábrán láthatjuk. Az összeáramlási vonal földrajzi helyzete általában jól egybeesik a termikus egyenlítővel (mely a klimatikusan legnagyobb felmelegedés területe, s követi a Nap látszólagos évi járását). Kontinensek esetén sokkal nagyobb az Egyenlítőtől való eltávolodás, mint óceánok esetén. A 8. fejezetben a monszun-övezetek kijelölése kapcsán még majd szó esik erről a kérdéskörről.

A 7.6. ábra műholdképe Közép-Amerika, Dél-Amerika és a Csendes-óceán térségére jól mutatja az ITCZ helyzetét, melyet a konvektív feláramlási zónában vonalszerűen összesűrűsödő felhőzet jelez. A 7.7. ábra a trópusi öv erőteljesebb felhőit mutatja be szintén egy műholdképen, ahol Afrika felett láncolatba rendeződve láthatók a felhők.

 

A trópusi összeáramlási vonal helyzete műholdképen

7.6. ábra: A műholdképen a Csendes-óceán medencéjében, Közép-Amerika és Dél-Amerika térségében követhetjük nyomon a trópusi összeáramlási vonal helyzetét

 

Műholdkép Afrika trópusi zónájának felhőrendszeréről

7.7. ábra: Műholdkép Afrika trópusi zónájának felhőrendszeréről