Η παγκόσμια κυκλοφορία θα ήταν απλή και ο καιρός μονότονος εάν η Γη δεν περιστρεφόταν, ο άξονας περιστροφής δεν είχε κλίση και δεν υπήρχαν ανομοιογένειες στην κατανομή ξηράς-θάλασσας. Η παγκόσμια κυκλοφορία μπορεί να περιγραφτεί σαν ένα παγκόσμιο σύστημα ανέμων με το οποίο επιτυγχάνεται η απαραίτητη μεταφορά θερμότητας από τα τροπικά στα πολικά γεωγραφικά πλάτη.

Οι υψηλές θερμοκρασίες του Ισημερινού και οι χαμηλές των πόλων δημιουργούν την κυκλοφορία του ανέμου. Ωστόσο, η περιστροφή της γης χωρίζει την κυκλοφορία των ανέμων ανάμεσα στον Ισημερινό και του πόλους σε 3 κύτταρα:

To κύτταρο Hadley (Hadley cell), το κύτταρο Ferrel (Ferrel cell) και το πολικό κύτταρο (Polar cell). Μέσα σ’ αυτά ο αέρας κυκλοφορεί σε ολόκληρη την τροπόσφαιρα που εκτείνεται από την επιφάνεια της γης μέχρι τα 10-15 Km και είναι το μέρος της ατμόσφαιρας όπου συμβαίνουν τα καιρικά φαινόμενα. Η γενική κυκλοφορία των ανέμων καθορίζει το κλίμα σε κάθε περιοχή της γης.

Υπάρχουν δύο κύριες περιοχές υψηλών πιέσεων, στις 30° γεωγραφικό πλάτος (υποτροπική υψηλή πίεση) και στους πόλους, και δύο κύριες περιοχές χαμηλών πιέσεων, στον Ισημερινό και στις 60º γεωγραφικό πλάτος.

Κύτταρο Hadley (Hadley cell ): 0º – 30° βόρεια και νότια του Ισημερινού.

Ονομάστηκε έτσι από τον Άγγλο μετεωρολόγο George Hadley.

– Η περιοχή του Ισημερινού δέχεται τη μεγαλύτερη ηλιακή ενέργεια με αποτέλεσμα την ισχυρή θέρμανση του εδάφους.

– Έτσι παρατηρούνται έντονες ανοδικές κινήσεις του θερμού ανέμου (convection) που δημιουργούν μια ζώνη χαμηλών πιέσεων στη περιοχή του Ισημερινού.

– Στην ανώτερη τροπόσφαιρα ο ανερχόμενος άνεμος από τον Ισημερινό κινείται οριζόντια με κατεύθυνση προς τους πόλους. Στις 30° ο άνεμος έχει στραφεί τόσο ώστε να κινείται με κατεύθυνση από τη δύση προς την ανατολή (ζωνική κυκλοφορία), και είναι γνωστός ως υποτροπικός αεροχέιμαρος (subtropical jet stream).

– Το ένα μέρος του ζωνικού δυτικού ανέμου κατέρχεται κατακόρυφα προς την επιφάνεια (στις 30° Β- 30 Νº), σχηματίζοντας περιοχές με υψηλές πιέσεις (υποτροπικό υψηλό-subtropical high),πάνω δηλαδή από τους υποτροπικούς ωκεανούς και τις πιο ζεστές ερήμους του κόσμου όπως η Σαχάρα στην Βόρεια Αφρική.

– Το υπόλοιπο μέρος του αέρα που κατέρχεται συνεχίζει τη πορεία του προς τον Ισημερινό, κλείνοντας έτσι το κύτταρο Hadley.

– Ο αέρας αυτός αποτελεί τους λεγόμενους αληγείς ανέμους (trade winds).

– Λόγω της δύναμης Coriolis (που στρέφει τον άνεμο στα δεξιά στο βόρειο ημισφαίριο και στα αριστερά στο νότιο ημισφαίριο) , οι αληγείς άνεμοι γίνονται ΒΑ στο βόρειο ημισφαίριο και ΝΑ στο νότιο.

– Εκεί που οι δύο αληγείς άνεμοι συγκλίνουν σχηματίζουν την Ενδοτροπική Ζώνη Σύγκλισης (Intertropical Convergence Zone, ITCZ ). Εξαιτίας αυτής της σύγκλισης, ενισχύεται η ανοδική πορεία των ζεστών και υγρών άνεμων, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης (σωρειτομελανίες -cumulonimbus, Cb) και ισχυρές καταιγίδες πάνω από τις περιοχές του Ισημερινού. Έτσι ευνοείται η δημιουργία των τροπικών δασών της βροχής (tropical rainforests).

Κύτταρο Ferrel (Ferrel cell) : 30°- 60° βόρεια και νότια του Ισημερινού.

– Το άλλο μέρος του ανέμου από τη ζώνη των υψηλών πιέσεων της υποτροπικής περιοχής (30° γ.π.), κινείται προς τους πόλους.

Αποκλίνει λόγω της δύναμης Coriolis, ανατολικά, δημιουργώντας τους λεγόμενους επικρατούντες δυτικούς άνεμους- prevailing westerlies.

– Στην επιφάνεια στις 60° βόρεια και νότια , οι δυτικοί άνεμοι συναντώνται με τον ψυχρό αέρα από τους πόλους δημιουργώντας μια μετωπική επιφάνεια γνωστή ως πολικό μέτωπο.

– Τότε ο ψυχρός αέρας αναγκάζει το θερμό να ανέλθει, δημιουργώντας χαμηλές πιέσεις και το σχηματισμό των υφέσεων των μέσων πλατών (mid latitude cyclones).  Αυτές οι υφέσεις στα μέσα γεωγραφικά πλάτη εξηγούν για παράδειγμα το βροχερό καιρό της Βρετανίας αλλά και τις μεγάλες δασικές εκτάσεις αυτών των περιοχών.

– Ένα τμήμα του ανερχόμενου αέρα επιστρέφει στη ζώνη των 30° γ.π, κλείνοντας έτσι το κύτταρο Ferrel.

– Στις 60° στην ανώτερη τροπόσφαιρα οι άνεμοι δημιουργούν τον πολικό αεροχέιμαρο (Polar Front jet stream) .

– Η Ελλάδα βρίσκεται στο Ferrel cell μεταξύ του 34   και 42   παραλλήλου του βορείου ημισφαιρίου. Η θέση της δικαιολογεί το μεσογειακό της κλίμα: με βροχερούς και κρύους χειμώνες εξαιτίας των κινούμενων χαμηλών( traveling lows) από τα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη προς το νότο, αλλά με ζεστά και ξηρά καλοκαίρια από το υποτροπικά υψηλά (subtropical highs-anticyclones) που κινούνται βορειότερα.

Πολικό κύτταρο (Polar cell): 60°-90° βόρεια και νότια του Ισημερινού.

– Είναι το μικρότερο και πιο αδύναμο κύτταρο.

– Το μεγαλύτερο μέρος του αέρα που ανέρχεται στις 60° κατά μήκος του πολικού μετώπου τροφοδοτεί το πολικό κύτταρο.

– Ο αέρας κατέρχεται πάνω από τους πόλους δημιουργώντας συστήματα με υψηλές πιέσεις, γνωστά ως πολικοί αντικυκλώνες ή πολικά υψηλά (polar highs).

– Λόγω της δύναμης Coriolis που αναπτύσσεται πάνω από τους πόλους, το πολικό κύτταρο χαρακτηρίζεται από ΒΑ ανέμους στο βόρειο ημισφαίριο και ΝΑ ανέμους στο νότιο ημισφαίριο (polar easterlies) που στρέφονται προς τα δυτικά.

– Κατόπιν ο αέρας συνεχίζει την πορεία του προς τα μέσα γεωγραφικά πλάτη και συναντά τον αέρα που μεταφέρει το κύτταρο Ferrel, κλείνοντας έτσι το πολικό κύτταρο.

Πηγή : Wikimedia Commons , Earth Global Circulation

Πηγή : Met Office , The global circulation

90°

Συχνά κάτω από την επίδραση των πολικών υψηλών (polar highs). Κάποια επιρροή από τα κινούμενα χαμηλά (traveling lows) από τα μέσα γεωγραφικά πλάτη. Ο υετός κατά τη διάρκεια ολόκληρου του χρόνου πέφτει με τη μορφή χιονιού ή χιονοκόκκων (snowgrains).

70°

Γενικά κάτω από την επίδραση των κινούμενων χαμηλών. Σε αυτά τα γεωγραφικά πλάτη υπερισχύει η μετωπική (frontal rain) και ορογραφική βροχή (orographic rain) που αυξάνει την βροχόπτωση κυρίως στις δυτικές περιοχές τη χειμερινή περίοδο. Όπως οι χώρες της Β. Αμερικής, της Δυτικής Ευρώπης και ιδιαίτερα η Βρετανία. Το καλοκαίρι παρατηρείται κυρίως βροχή κατακόρυφης μεταφοράς (convective rain)  στις ηπειρωτικές και τις ανατολικές περιοχές.

45°

Το γνωστό μας μεσογειακό κλίμα. Τα κινούμενα χαμηλά προς το νότο φέρνουν λίγες βροχές και γενικά ήπιες θερμοκρασίες το χειμώνα, ενώ τα υποτροπικά υψηλά (subtropical high) θερμά και ξηρά καλοκαίρια, όταν κινούνται βόρεια.

30°

Γενικά οι περιοχές της ερήμου όπως οι  ΝΔ ΗΠΑ, η Σαχάρα αλλά και μεγάλα τμήματα της Αυστραλίας. Η βροχή σε αυτές τις περιοχές είναι λιγότερη από τα 200 mm το χρόνο.

20°

Στις περιοχές αυτές επικρατεί το τροπικό κλίμα και η περίοδος βροχής καθορίζεται από τη θέση της ITCZ (Ενδοτροπική ζώνη σύγκλισης). Η ITCZ μπορεί να κινηθεί βόρεια (ως τον Τροπικό του Καρκίνου- 23,5 N°) μέχρι την 21 Ιουνίου και νότια (ως τον Τροπικό του Αιγόκερου- 23,5° S) μέχρι την 21 Δεκεμβρίου. Αυτό σημαίνει ότι οι τροπικές περιοχές έχουν δύο εποχές βροχών που χαρακτηρίζονται από ραγδαίες βροχές και καταιγίδες.

10°

Το κλίμα των τροπικών δασών βροχής (Tropical rain forest climate). Η βροχή παρατηρείται σε όλη τη διάρκεια του χρόνου αφού η ITCZ είναι πάντοτε παρούσα σε αυτά τα γεωγραφικά πλάτη.