La circolazione atmosferica è il movimento globale dell’aria, che distribuisce il calore ricevuto dalla radiazione solare dalle regioni più calde a quelle più fredde. Se la Terra non ruotasse sul proprio asse e avesse una superficie liscia e uniforme, l’aria calda salirebbe all’equatore e fluirebbe verso i poli. Lì si raffredderebbe e affonderebbe, creando un flusso di ritorno all’equatore lungo la superficie della Terra. Ci sarebbero due grandi celle di convezione che ruotano uniformemente, una nell’emisfero settentrionale e una in quello meridionale. Invece di questo schema semplificato, la circolazione atmosferica terrestre è molto più complessa.
Un modello eccessivamente semplificato dei modelli atmosferici della Terra ha una grande cella di convezione in ciascun emisfero. In realtà, ci sono tre celle di convezione in ciascun emisfero. L’aria tropicale calda e umida vicino all’equatore sale e defluisce dall’equatore formando la cella di Hadley. Sopra i poli, l’aria fresca e secca scende, guidando le Cellule Polari. Le cellule di Ferrel sono più variabili e si trovano tra le cellule di Hadley e quelle polari.
La rotazione della Terra, l’inclinazione del suo asse, le caratteristiche della superficie, le correnti oceaniche e i modelli meteorologici locali influenzano tutti i modelli atmosferici globali. Invece di venti che scorrono in linea retta, la rotazione della Terra li fa curvare. La forza di Coriolis devia i venti dell’emisfero settentrionale a destra e i venti dell’emisfero meridionale a sinistra. Contribuisce alla formazione dei venti occidentali alle medie latitudini e dei venti orientali nelle zone tropicali e polari. La forza di Coriolis produce anche i venti rotazionali attorno alle celle ad alta e bassa pressione.
I cambiamenti stagionali nella circolazione atmosferica sono causati dall’inclinazione dell’asse terrestre. Quando i raggi diretti del sole si spostano stagionalmente a nord ea sud dell’equatore, i modelli di circolazione cambiano. Le caratteristiche sulla superficie della Terra influenzano anche la circolazione atmosferica globale. Un’area terrestre più ampia nell’emisfero settentrionale e la corrispondente area oceanica maggiore nell’emisfero australe causano variazioni nelle tre celle di convezione in ciascun emisfero.
I molti fattori complessi che influenzano la circolazione atmosferica hanno reso difficile per gli esseri umani modellare adeguatamente i modelli di circolazione dell’aria globale. Solo nel XX secolo sono stati prodotti modelli accurati di circolazione atmosferica utilizzando computer e dati satellitari. Questi modelli assomigliavano molto al funzionamento effettivo dell’atmosfera, aiutando gli scienziati a comprendere meglio il clima e i modelli meteorologici. I primi progressi nelle previsioni meteorologiche che utilizzano la modellazione al computer si sono evoluti in quanto modelli molto più realistici e complessi hanno consentito previsioni più accurate. I modelli di circolazione atmosferica vengono utilizzati per comprendere i cambiamenti climatici a lungo termine nel passato e prevedere gli effetti dei cambiamenti in futuro.