W poprzednim rozdziale dowiedzieliśmy się o obiegu wody i cyrkulacji ogólnej, trójwymiarowym ruchu powietrza w atmosferze. Przyjrzyjmy się temu, w jaki sposób cyrkulacja ogólna może wpływać na deszcze i burze w strefie międzyzwrotnikowej – i co mogą oznaczać zmiany klimatu dla obu tych zjawisk.
Jak porusza się wiatr w strefie międzyzwrotnikowej?
Wiatr jest ważny dla obiegu wody, ponieważ redystrybuuje parę wodną wokół planety , wpływając na to, gdzie i jak pada. Parowanie z oceanu tworzy chmury, które mogą być przenoszone przez wiatr, żeby padało nad lądem :
Jak dowiedzieliśmy się w rozdziale Obieg wody w przyrodzie, strefa międzyzwrotnikowa otrzymuje więcej energii cieplnej ze Słońca, więc powietrze w tym regionie jest cieplejsze niż w pozostałej części atmosfery . To sprawia, że jest ono mniej gęste niż chłodniejsze powietrze .
Gęstość gazu odnosi się do tego, jak wiele jego cząsteczek jest obecnych w danej objętości. Dodanie energii do gazu powoduje, że się on rozszerza i staje mniej gęsty: ponieważ jego cząsteczki mają więcej energii do poruszania się, stają się one bardziej rozproszone . Różnice w gęstości pomiędzy masami powietrza tworzą prądy wiatrowe na kilka sposobów:
Cyrkulacja wiatru w strefie międzyzwrotnikowej
Gorące powietrze unosi się, ponieważ zimniejsze, gęstsze powietrze z otoczenia wypycha je do góry i usuwa z drogi. Ta właściwość nazywana jest wypornością.
Gorące powietrze na równiku tworzy wznoszący prąd wiatru. Gdy powietrze się wznosi, poddawane jest niższemu ciśnieniu, ponieważ napiera na nie mniej powietrza . Temperatura, ciśnienie i objętość gazu wpływają na siebie nawzajem : podobnie jak wyższe temperatury, niższe ciśnienie pozwala na rozszerzenie się powietrza i zwiększenie jego objętości.
Rozszerzające się powietrze wypycha powietrze, które je otacza . Wymaga to energii, która pochodzi z ciepła gazu . W rezultacie rozprężenie powoduje ochłodzenie wznoszącego się powietrza . W miarę ochładzania znajdująca się w nim para wodna przechodzi w stan ciekły, tworząc chmury .
Wznoszący się wiatr traci również swoją wyporność, ponieważ w miarę jak się unosi, gęstość otaczającego go powietrza maleje . W końcu nie jest on w stanie dalej się unosić. W tym momencie wiatr zostaje zepchnięty na boki i rozdziela się na dwa oddzielne prądy, które podążają w kierunku przeciwnych biegunów .
Gdy prądy te wędrują w kierunku biegunów, opadają z powrotem w stronę powierzchni planety. W miarę opadania, doświadczają rosnącego ciśnienia, co powoduje ich ponowne ogrzanie . Pozostawiwszy swoją wodę w postaci chmur, to ciepłe, suche powietrze tworzy pustynie, takie jak Sahara i Kalahari .
Unoszące się powietrze tworzy chmury
Na powierzchni planety gęstsze powietrze zmierza z powrotem ku równikowi . To kończy cyrkulację powietrza w strefie międzyzwrotnikowej, znaną jako komórka Hadleya.
Te wiatry zachodnie w strefie międzyzwrotnikowej znane są jako pasaty. Redystrybuują one parę wodną z równika, a ich siła wpływa na ilość opadów deszczu nad lądem .
Monsun
Aby zobaczyć, jak cyrkulacja wiatru może wpływać na rozkład opadów deszczu, zbadajmy sezonowe ulewne deszcze występujące w regionach tropikalnych, znane jako monsuny.
Monsun w Azji Południowej występuje między czerwcem a wrześniem każdego roku.
Podczas tej pory roku ląd ogrzewa się bardziej niż otaczający go ocean, ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną . Ta różnica temperatur tworzy różnicę gęstości, która napędza duży ruch powietrza z nad oceanu na ląd .
Ten ruch powietrza powoduje intensywne deszcze w strefie międzyzwrotnikowej z powodu komórki Hadleya. Pamiętasz, że ciepłe powietrze w pobliżu równika unosi się i tworzy chmury? Region, w którym to się dzieje, nazywamy międzyzwrotnikową strefą zbieżności (ITCZ) . Jest ona związana z ulewnymi deszczami z powodu wszystkich chmur, które się w niej tworzą .
Wiosną prądy dryftowe płynące na północ w kierunku Azji Południowej i Południowo-Wschodniej niosą wilgotne powietrze i przesuwają ITCZ na północ wraz z nimi. ITCZ przynosi ze sobą burze, tworząc intensywne deszcze monsunowe. Monsuny te dostarczają 80% rocznych opadów na obszarze Azji Południowej .
Przesuwanie się ITCZ i monsuny
Ze względu na intensyfikację cyklu hydrologicznego i zmiany w ogólnej cyrkulacji przewiduje się, że monsuny będą oddziaływać na większy obszar, a opady zmniejszą się nad Oceanem Indyjskim i zwiększą nad Indiami.
Modele klimatu przewidują, że do 2100 roku opady deszczu związane z monsunem indyjskim wzrosną o 5%, jeśli ograniczymy ocieplenie do 2°C powyżej poziomu przedindustrialnego, a o 10%, jeśli pozwolimy mu osiągnąć 4°C !
Cyklony tropikalne
Cyklony tropikalne to ogromne burze, które tworzą się wzdłuż oceanów strefy międzyzwrotnikowej. Uważa się, że są to najbardziej gwałtowne burze na naszej planecie .
Aby powstały, w atmosferze w tym samym czasie musi wystąpić kilka warunków. Jeżeli obszar oceanu staje się szczególnie ciepły (ponad 27°C), gorące powietrze tworzy prąd wznoszący, który jest silniejszy niż normalnie. Musi to zbiec się w czasie z wiatrem przynoszącym więcej pary wodnej na ten obszar, dostarczając więcej wody do napędzenia wzrostu burzy.
Cyklon dużych chmur tworzy się, gdy wiatry są odchylone na zachód i zaczynają wirować w wyniku ruchu obrotowego Ziemi. Podobnie jak w przypadku pasatów, powoduje to koncentrację napływającej pary wodnej . Przemieszczając się nad oceanem, burza zbiera wodę i nadal rośnie .
Burze koncentrują wodę z odległych miejsc
Burza przechodzi różne fazy rozwoju. Zaczyna jako skupisko chmur burzowych. W końcu staje się pełnowymiarowym cyklonem tropikalnym, w którym wznoszący prąd powietrza w środku jest tak silny, że ocean pod nim tworzy duże wybrzuszenie na wodzie. Jest to odpowiedzialne za wzrost poziomu morza, który może powodować powodzie w miejscach, gdzie burza dociera do lądu, znane jako fala burzowa. .
Jaką rolę odgrywają tu zmiany klimatu?
Globalne ocieplenie dostarcza do atmosfery więcej pary wodnej, dając burzom więcej wody do tworzenia silniejszych opadów .
Modele przewidują, że do końca wieku ocieplenie o 2°C powyżej poziomu preindustrialnego może zwiększyć średnią intensywność cyklonów tropikalnych o 1-10% .
Wnioski
Wiemy teraz więcej o cyrkulacji powietrza w strefie międzyzwrotnikowej, ulewnych deszczach/burzach i o tym, jak zmiany klimatu mogą na nie wpłynąć. Ale to wciąż tylko rzut oka na złożony system, jakim jest nasza atmosfera! Więc następnym razem, gdy będzie padać w twój „słoneczny dzień”, pomyśl o swoim biednym synoptyku!
, wpływając na to, gdzie i jak pada. Parowanie z oceanu tworzy chmury, które mogą być przenoszone przez wiatr, żeby padało nad lądem 
