La circulation atmosphérique est le mouvement global de l’air, distribuant la chaleur reçue du rayonnement solaire des régions les plus chaudes aux régions les plus froides. Si la Terre ne tournait pas sur son axe et avait une surface lisse et uniforme, l’air chaud monterait à l’équateur et s’écoulerait vers les pôles. Il y refroidirait et coulerait, créant un flux de retour vers l’équateur le long de la surface de la Terre. Il y aurait deux grandes cellules de convection à rotation uniforme, une dans l’hémisphère nord et une dans le sud. Au lieu de ce schéma simplifié, la circulation atmosphérique terrestre est beaucoup plus complexe.
Un modèle trop simplifié des modèles atmosphériques de la Terre a une grande cellule de convection dans chaque hémisphère. En réalité, il y a trois cellules de convection dans chaque hémisphère. L’air tropical chaud et humide près de l’équateur s’élève et s’éloigne de l’équateur pour former la cellule de Hadley. Au-dessus des pôles, de l’air frais et sec descend, entraînant les cellules polaires. Les cellules de Ferrel sont plus variables et se trouvent entre les cellules de Hadley et les cellules polaires.
La rotation de la Terre, l’inclinaison de son axe, les caractéristiques de la surface, les courants océaniques et les conditions météorologiques locales affectent tous les modèles atmosphériques mondiaux. Au lieu de vents circulant en ligne droite, la rotation de la Terre les fait se courber. La force de Coriolis dévie les vents de l’hémisphère nord vers la droite et les vents de l’hémisphère sud vers la gauche. Il contribue à la formation des vents d’ouest dans les latitudes moyennes et des vents d’est dans les zones tropicales et polaires. La force de Coriolis produit également les vents de rotation autour des cellules à haute et basse pression.
Les changements saisonniers de la circulation atmosphérique sont causés par l’inclinaison de l’axe de la Terre. Au fur et à mesure que les rayons directs du soleil se déplacent de façon saisonnière vers le nord et le sud de l’équateur, les schémas de circulation se modifient. Les caractéristiques à la surface de la Terre affectent également la circulation atmosphérique mondiale. Une plus grande superficie terrestre dans l’hémisphère nord et la plus grande zone océanique correspondante dans l’hémisphère sud provoquent des variations dans les trois cellules de convection dans chaque hémisphère.
Les nombreux facteurs complexes influençant la circulation atmosphérique ont rendu difficile pour les humains de modéliser adéquatement les modèles de circulation de l’air à l’échelle mondiale. Ce n’est qu’au 20e siècle que des modèles précis de circulation atmosphérique ont été produits à l’aide d’ordinateurs et de données satellitaires. Ces modèles ressemblaient étroitement au fonctionnement réel de l’atmosphère, aidant les scientifiques à mieux comprendre les modèles climatiques et météorologiques. Les premières avancées dans les prévisions météorologiques utilisant la modélisation informatique ont évolué car des modèles beaucoup plus réalistes et complexes ont permis des prévisions plus précises. Les modèles de circulation atmosphérique sont utilisés pour comprendre les changements climatiques à long terme dans le passé et prédire les effets des changements dans le futur.