Cyrkulacja atmosfery i opady

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna to globalny system ruchu powietrza, który rozprowadza na Ziemi ciepło, wilgoć i energię. Jej główną przyczyną jest nierównomierne nagrzewanie powierzchni Ziemi przez Słońce. Najsilniej nagrzewane są okolice równika, a najsłabiej obszary polarne, dlatego między tymi strefami powstają różnice temperatury i ciśnienia atmosferycznego.

Powietrze przemieszcza się z obszarów wyższego ciśnienia ku obszarom niższego ciśnienia. Gdy się unosi, ochładza się i może prowadzić do kondensacji pary wodnej oraz powstawania opadów. Gdy opada, ogrzewa się i osusza, co zwykle ogranicza tworzenie chmur.

Na przebieg cyrkulacji wpływa też ruch obrotowy Ziemi, który powoduje działanie siły Coriolisa. W efekcie ruch powietrza nie odbywa się po linii prostej: na półkuli północnej jest odchylany w prawo, a na południowej w lewo.

W skali całej planety wyróżnia się pasowy układ ciśnienia atmosferycznego. W pobliżu równika występuje równikowa strefa niskiego ciśnienia, ponieważ silnie nagrzane, wilgotne powietrze unosi się ku górze. W pobliżu zwrotników leżą strefy wysokiego ciśnienia, gdzie powietrze opada. Dalej, około $60^\circ$ szerokości geograficznej, pojawiają się niże okołobiegunowe, a nad biegunami dominują wyże polarne.

Z tym układem związane są trzy podstawowe komórki cyrkulacyjne w każdej półkuli. Komórka Hadleya działa między równikiem a około $30^\circ$, komórka Ferrela między około $30^\circ$ a $60^\circ$, a komórka polarna między około $60^\circ$ a biegunem. W ich obrębie powietrze stale krąży: unosi się, przemieszcza w górnych warstwach atmosfery, opada i wraca przy powierzchni Ziemi.

Taki układ odpowiada za rozmieszczenie stref wilgotnych i suchych na świecie. To właśnie dlatego okolice równika są na ogół wilgotne, a wiele obszarów zwrotnikowych jest suchych.

Przy powierzchni Ziemi ruch powietrza tworzy układ stałych wiatrów. Od wyżów zwrotnikowych ku równikowi wieją pasaty. Na półkuli północnej mają kierunek północno-wschodni, a na południowej południowo-wschodni. Ich kierunek wynika z połączenia przepływu ku niżowi równikowemu i działania siły Coriolisa.

W szerokościach umiarkowanych dominują wiatry zachodnie. Mają one duże znaczenie dla pogody w Europie, ponieważ często przynoszą wilgotne masy powietrza znad oceanu. W wysokich szerokościach geograficznych występują wiatry wschodnie polarne, związane z odpływem chłodnego powietrza z obszarów podbiegunowych.

Rozmieszczenie i kierunki wiatrów planetarnych pomagają wyjaśnić zróżnicowanie opadów, zwłaszcza między wybrzeżami oceanicznymi a wnętrzami kontynentów. Tam, gdzie napływa wilgotne powietrze znad mórz i oceanów, opadów jest zwykle więcej.

Opad pojawia się wtedy, gdy powietrze zawierające parę wodną ochładza się na tyle, że dochodzi do kondensacji i tworzenia chmur. W skali szkolnej najważniejsze są dwa mechanizmy silnie związane z cyrkulacją i rzeźbą terenu.

Opady konwekcyjne powstają wskutek silnego nagrzania podłoża. Ciepłe, wilgotne powietrze unosi się, ochładza i tworzy chmury oraz deszcz. Są typowe dla obszarów równikowych i często występują po południu.

Opady orograficzne są związane z obecnością gór. Wilgotne powietrze napływające na stok musi się wznieść, więc ochładza się i oddaje wilgoć po stronie dowietrznej. Po przejściu przez grzbiet opada po stronie zawietrznej, ogrzewa się i staje się suchsze.

Rozkład opadów na świecie ma wyraźny związek ze szerokością geograficzną i pasami cyrkulacji. W pobliżu równika występują bardzo duże sumy opadów, ponieważ powietrze jest tam stale silnie nagrzewane, wilgotne i unosi się ku górze. W efekcie częste są intensywne opady konwekcyjne.

W strefach zwrotnikowych opadów jest mało, gdyż dominuje tam opadające, suche powietrze związane z wyżami zwrotnikowymi. To jeden z głównych powodów występowania wielkich pustyń właśnie w tych szerokościach geograficznych.

W umiarkowanych szerokościach geograficznych rozkład opadów jest bardziej zróżnicowany. Dużą rolę odgrywają wiatry zachodnie, odległość od mórz i oceanów oraz ukształtowanie terenu. Zachodnie wybrzeża kontynentów są często wilgotniejsze niż ich wnętrza, ponieważ napływa tam wilgotne powietrze oceaniczne.

W obszarach polarnych sumy opadów są niewielkie, bo zimne powietrze zawiera mało pary wodnej. Mimo obecności śniegu i lodu nie oznacza to więc dużych opadów.

Choć strefowość opadów jest bardzo ważna, lokalnie rozkład opadów zmienia się pod wpływem innych czynników. Duże znaczenie ma odległość od mórz i oceanów. Im dalej od źródeł wilgoci, tym mniejsze są zwykle sumy opadów, dlatego wnętrza wielkich kontynentów bywają suche.

Istotna jest także rzeźba terenu. Góry zwiększają opady po stronie dowietrznej i zmniejszają je po stronie zawietrznej. Z tego powodu na niewielkim obszarze mogą występować duże różnice wilgotności.

Wpływają również prądy morskie, ponieważ zmieniają temperaturę i wilgotność powietrza nad przyległymi wybrzeżami. Ciepłe prądy zwykle sprzyjają większej wilgotności powietrza, a chłodne mogą ograniczać opady.

W zadaniach szkolnych trzeba umieć połączyć ciśnienie atmosferyczne, ruch powietrza i opady. Jeśli powietrze się unosi, zwykle pojawiają się warunki sprzyjające chmurom i deszczowi. Jeśli opada, częściej występuje suchość i mniejsze zachmurzenie.

Warto pamiętać, że równikowa strefa niskiego ciśnienia wiąże się z dużymi opadami, a zwrotnikowe wyże z ich niedoborem. W strefie umiarkowanej ważną rolę pełnią wiatry zachodnie, które transportują wilgoć znad oceanów. W obszarach górskich trzeba zwracać uwagę na stronę dowietrzną i zawietrzną.

Typowe polecenia maturalne i sprawdzianowe polegają na wyjaśnieniu, dlaczego w jednym regionie opadów jest więcej niż w innym, albo na wskazaniu związku między strefą ciśnienia a rodzajem pogody. Kluczem jest zawsze rozumienie ruchu powietrza, źródeł wilgoci i barier terenowych.