導入
気候システムは地球の大気、地表水、雪氷圏、岩石圏、生物圏の間の一連の相互作用であり、太陽放射の影響を受けて地球の気候を決定します。
一般的な操作
地球の気候システムは主に、大気と海洋という 2 つの要素によって動かされます。水と空気のこれら 2 つの塊は両方とも地球規模の気候システム全体を支配しており、気候はそれらの間の重要なエネルギー交換によって生成されます。したがって、短波の形で太陽から直接受け取ったエネルギーは、その表面のアルベドと大陸を覆う植生に従って海と大陸によって捕らえられます。したがって、流氷は大量のエネルギーを宇宙に反射し、海はそれを大幅に吸収します。受け取った熱エネルギーのほとんどは熱帯地帯で捕獲されます。ここは、太陽光線の強度が最も大きく、最も規則的な場所です。
吸収されたエネルギーは海洋と大陸の表面を加熱します。海洋は大気よりもはるかに大きな熱記憶を持っているため、気候の熱の蓄えとなっています。ただし、この埋蔵量は非常に不均一です。実際、複数の要因が海洋の熱に影響を与えています。地球の自転によりコリオリ力が海流を生み出し、熱を循環させます。同様に、海洋の塩分濃度が変化すると、海洋の密度も変化します。この変化は蒸発により、密度の高い水が極近くでより深く沈み、密度の低い水が赤道近くで表面に浮上することを可能にします。この循環を熱塩循環といいます。
海流が下がると冷たくなり、海面に戻って初めて温まります。空気中に放出されたこの熱は、風によって分散されます。したがって、海洋は地球のボイラー、大気は熱を拡散するラジエーターと考えることができます。海洋は、熱帯に蓄えられた熱を温帯の大気中に再分配します。この熱エネルギーは、次の 3 つの異なる方法で大気中に伝達されます。
- 潜熱による：気体の形での水の自然蒸発がカロリーエネルギーを輸送し、それによって大気を加熱します。
- 輻射熱により、海洋はその温度に対応する波長の赤外線を放射します。この放射線によって運ばれるエネルギーは大気によって捕らえられます。
- 顕熱、つまり 2 つの物体が常に接触していることにより、エネルギーが伝導率によって交換されます。
この熱伝達が起こるには、大気が海流よりも寒くなければなりません。その熱容量により、海洋では季節ごとに温度がほとんど変化せず、2 つの環境間の温度差は大気の温度差にのみ依存します。したがって、熱伝達が最も激しくなるのは冬です。
大気循環
大気循環は継続的に変化しますが、基本的なパターンは比較的一定です。中緯度低気圧や個々の熱帯低気圧は、カオス理論に近い予測可能性に従って、ほぼどこでも発生しますが、大気パターンの平均的なアンサンブルは安定しており、大気圧の分布と回転によるコリオリの力のバランスに依存します。
赤道と極地の間には 3 つの風循環ゾーンがあります。最初のゾーンは、赤道と北緯 30 度および南緯 30 度の間に位置するハドリーのゾーンで、北半球では北東から、南半球では南東からの通常の風、つまり貿易風が吹いています。セーリングの船員は長い間、この通常の風が吹く帯を利用して海を渡ってきました。 2 つ目は中緯度に位置し、概して西方向の上層循環の下にある一時的な低気圧によって特徴付けられます。これはフェレル セルです。最後に、極細胞は 60 度線の北と南にあり、地表はほぼ東向きに循環しています。
これら 3 つのゾーンの間で、ジェット気流が高度 10 ～ 15 kmで惑星の周りを循環しており、前線形成の場所であることがわかります。海流の影響により気象システムの位置に振動が生じますが、平均して高気圧や低気圧に相当する気圧が観測される場所があります。これらのシステム間の圧力差の変化により、高度の流れが変化し、したがって好天または悪天候システムの軌道が変化します。
北大西洋振動
したがって、北大西洋にはアイスランド低気圧とアゾレス諸島高気圧があります。これら 2 つの実体間の圧力の時間的変動は、北大西洋振動 (NOA) と呼ばれます。北アメリカの海岸でもヨーロッパの海岸でも、毎週または毎月の気候変動はこの振動に依存します。平均圧力差は正または負のいずれかになり、その影響はこれらの各段階に固有です。
ヨーロッパでは、風を引き起こす気圧差がより大きいため、非常に正の NAO は 2 つの実体間のより顕著な西風帯循環と関連しています。さらに、アゾレス諸島上空のより強力な高気圧が循環を北に押し上げます。これにより、ヨーロッパに湿った冷たい空気がもたらされます。夏は涼しく、冬は穏やかですが雨が降ります。一方、指数がマイナスの場合、循環は弱まり、さらに南に行くと寒い冬が生じ、低気圧は地中海盆地に向かって移動します。指数が非常にマイナスの場合、夏は灼熱となり、冬は特に寒くなります。降水量は地中海と北アフリカに移動します。
アメリカでは、プラスの段階にあり、カナダの北部と東部、およびグリーンランドでは、冬はかなり寒く乾燥しています。米国の東海岸沿いは、ほとんどが穏やかで湿気の多い気候です。実際、海岸に沿って高度の谷が形成され、風は南西になり、北極の空気が海岸に沿って下降するのを防ぎます。一方、逆相の冬には、帯状の流れがさらに北に見られます。グリーンランドの冬は比較的穏やかですが、北米大陸の東海岸では、多数のハッテラス岬や大陸性嵐など、寒波と降雪が多くなります。
その他の振動
大気と海の交換に影響を与える大気の周期的変化は他にもたくさんあります。したがって、 マッデン・ジュリアン振動、南方振動、北大西洋振動などがあります。これらはすべて、穏やかな空気または冷たい空気が流れる方向、つまり特定の場所の気候に影響を与えます。