Atmósfera
La circulación general de la atmósfera es inducida por el efecto combinado de la energía solar entrante y la rotación de la Tierra. La irradiación solar no se recibe uniformemente en toda la superficie de la Tierra. Es más intenso alrededor del ecuador y menos en los polos. La reacción de la atmósfera es distribuir esta energía produciendo una circulación de calor hacia el polo desde la banda tropical. Cerca del ecuador, el aire cerca de la superficie calentada se calienta y se eleva. Luego, fluye de manera meridional en la troposfera superior hacia latitudes más frías de ambos hemisferios y se hunde hasta los cinturones subtropicales de alta presión. El aire en la superficie fluye desde las latitudes subtropicales hacia el ecuador y converge cerca del ecuador que transporta aire más frío hacia las regiones cálidas. Estas células meridionales de circulación en ambos lados del ecuador se denominan células de Hadley (Hadley et al. 1735).
Como consecuencia de la rotación, cualquier trayectoria descrita en la Tierra está sujeta al efecto Coriolis (Coriolis et al. 1835). Este efecto consiste en una desviación de cualquier trayectoria en un sistema rotatorio de referencia, como la Tierra. En el caso del viento, el efecto Coriolis lo desvía perpendicularmente al eje de rotación y a su dirección, siendo esta desviación máxima en los polos y nula en el ecuador (Holton et al. 2004). Para que el viento en el hemisferio norte y sur experimente una desviación de su trayectoria hacia la derecha y la izquierda, respectivamente. Por lo tanto, los vientos meridionales ecuatoriales de la troposfera inferior experimentan una desviación hacia el oeste. Este flujo ecuatorial predominante se conoce como los vientos alisios y la región donde convergen se conoce como la ZCIT. La convergencia del viento y la superficie calentada cerca del ecuador fuerzan la convección de aire húmedo hasta la troposfera superior que se condensa en nubes a lo largo de la ZCIT. Este mecanismo produce fuertes tormentas convectivas que comprenden un cinturón de lluvia tropical asociado con la ZCIT. A su vez, después de la transición meridional anual de la irradiancia solar, la ITCZ oscila de norte a sur, conduciendo las estaciones lluviosas y secas características del clima tropical en los hemisferios norte y sur.
La circulación atmosférica zonal ecuatorial también es fuerte y altamente relevante y se conoce como la circulación de Walker. Esta circulación comprende seis celdas, con ramas de aire húmedo ascendente sobre África oriental, el Pacífico tropical occidental y el norte de América del Sur, así como hundimiento del aire seco sobre el Océano Índico occidental y el Pacífico tropical oriental y el Atlántico (Lau et al. 2003). La mayor y más persistente circulación de Walker se desarrolla en el amplio Pacífico ecuatorial. En la celda de Walker del pacífico, los vientos alisios obligan a las aguas superficiales a desplazarse hacia el lado oeste de la cuenca, donde la radiación solar las calienta fuertemente, mientras que las aguas profundas más frías se elevan cerca de la costa sudamericana. Esta distribución de agua induce una presión superficial baja sobre la parte oeste más cálida del Pacífico ecuatorial y alta al este. Como consecuencia, las masas de aire cálido y húmedo se elevan sobre el Continente Marítimo formando nubes y produciendo fuertes lluvias sobre el sudeste asiático. En la troposfera superior, el aire seco se desvía y fluye hacia el este, hundiéndose a medida que se enfría en la cuenca ecuatorial oriental del Pacífico, cerca de la costa occidental de América del Sur. Finalmente, la rama de la superficie que cierra la celda de Walker del pacífico fluye hacia el oeste reforzando los vientos alisios.
En latitudes más altas la circulación es más compleja. Termodinámicamente, solo se esperarían dos células tipo Hadley, con circulación meridional desde el ecuador hasta ambos polos. Sin embargo, debido a la desviación de los vientos causada por el efecto Coriolis, las células de circulación meridional se retuercen y se dividen en tres células en cada hemisferio.
En las latitudes medias, el flujo de aire medio describe las llamadas células de Ferrel. La circulación meridional es más débil que la de las células de Hadley y tiene dirección opuesta. Es una célula térmicamente indirecta en la que el aire frío se eleva en latitudes subpolares, en los cinturones de baja presión, y fluye en la alta troposfera hacia los subtrópicos, donde se hunde. Los cinturones de baja y alta presión mencionados anteriormente coinciden con las ramas ascendentes y hundidas de las células de circulación meridional en latitudes subpolar y subtropical, respectivamente. Estas correas no son como tales, sino que están distribuidas en centros semipermanentes y estables de baja y alta presión con el giro ciclónico y anticiclónico asociado, respectivamente, como consecuencia del efecto Coriolis. Algunos de ellos son conocidos, como el Bajo Aleutiano del Pacífico Norte, el Bajo de Islandia y el Alto de las Azores en el Atlántico Norte y el Alto de Santa Elena en el Atlántico Sur. Entre las latitudes subpolar y subtropical, los vientos de bajo nivel continúan la circulación de Ferrel soplando hacia el polo. Estos vientos son desviados hacia el este por el efecto Coriolis, por lo tanto, los vientos del oeste de bajo nivel prevalecen en las latitudes medias.
En las latitudes polares, existen las células polares que tienen circulación directa termodinámicamente. El aire frío se hunde sobre los polos y el aire más templado se eleva a la alta troposfera en latitudes subpolares. Esta corriente de aire ascendente coincide con la rama de ascenso de la celda de Ferrel y el cinturón de baja presión, donde el aire frío polar y el cálido de las latitudes subtropicales se encuentran creando un fuerte gradiente de temperatura conocido como el Frente Polar.
