Ogólna cyrkulacja atmosfery na kuli ziemskiej

Głównymi przyczynami ogólnej cyrkulacji atmosferycznej są: różne ilości energii cieplnej dostarczane przez Słońce na różnych szerokościach geograficznych, oraz ruch obrotowy Ziemi. Czynnikiem, który komplikuje ogólną cyrkulację atmosferyczną na Ziemi jest nierównomierny rozkład lądów i oceanów. Różna szorstkość podłoża wpływa także na kierunek i prędkość przemieszczającego się powietrza. Na kuli ziemskiej wyróżnia się strefy stałych niskich, lub wysokich ciśnień. Silnie ogrzane powietrze  w strefie okołorównikowej rozpręża się i unosi ku górze. Na obszarze tym tworzy się pas niskiego ciśnienia zwany też równikowym pasem ciszy zmieniająca swoje położenie w ślad za letnim stanowiskiem Słońca. W lipcu przesuwa się on ku północny, a w styczniu na południe. Strefa ta nazywana jest także Komórką Hadleya. Obszar ten charakteryzuje się występowaniem słabych wiatrów lub ich brakiem. Jednocześnie tworzą się w wyniku spadku temperatury burzowe chmury, które powodują przy zenitalnym położeniu Słońca tzw. opady zenitalne. Masy powietrza rozdzielają się i kierują na północ i południe ku zwrotnikom, przybierając dzięki sile Coriolisa kierunek zachodni. W okolicach 30-35° szerokości geograficznej północnej, bądź południowej wiatry te przybierają charakter strefowy przybierając kierunek zachodni na półkuli północnej, natomiast wschodni na półkuli południowej. Obierają więc one kierunek równoleżnikowy. W górnej troposferze, oraz w dolnej stratosferze na szerokościach 30- 35° występują strefy szczególnie wysokich gradientów ciśnienia. Są one przyczyną ogromnych prędkości wiatrów geostroficznych. Nazywają się one prądami strumieniowymi. Są to wąskie strugi powietrza o poziomej osi, oraz bardzo wysokich bocznych zmianach prędkości. Długość tych prądów wynosi tysiące kilometrów, szerokość setki kilometrów, natomiast grubość kilka kilometrów. Przemieszczają się one przeważnie ze wschodu na zachód. Przypominają one płynącą zakolami rzekę. Te ruchy powietrza wykryte zostały podczas II wojny światowej przez pilotów amerykańskich. Na tych szerokościach geograficznych część powietrza opada powodując powstawanie zwrotnikowych pasów wysokiego ciśnienia, które pokrywają się ze zwrotnikowymi pasami ciszy. Ponieważ wysokość troposfery i obwód Ziemi zmniejsza się wraz ze wzrostem szerokości geograficznych, następuje sprężanie powietrza i jego ochładzanie. Z tej strefy powietrze odpływa częściowo dołem ku równikowemu pasowi niskiego ciśnienia, a częściowo ku wyższym szerokościom geograficznym. Wiatry, które wieją ku równikowi to pasaty. Są to stałe, ciepłe wiatry o umiarkowanej prędkości. Na półkuli północnej pasat wieje z kierunku północno-wschodniego a na południowej z południowo-wschodniego. Miejsce, gdzie pasaty z obu półkul spotykają się ze sobą nazywa się Międzyzwrotnikową Strefą Zbieżności (Konwergencji), lub bruzdą niskiego ciśnienia. Te wiatry, które występują w wyższych partiach troposfery wiejące ku zwrotnikom nazywamy antypasatami. Występują one na wysokości 2000- 3000 metrów. Wiatry te transportują gorące powietrze z  okolic okołorównikowych w kierunku zwrotników. Antypasaty na skutek obrotowego ruchu Ziemi zmieniają kierunek na wschodni i opadają, po czym jako pasaty powracają w kierunku równika. Obecnie część naukowców zrezygnowało z nazywania prądów wiejących od równika w kierunku wyższych szerokości geograficznych antypasatami. Obserwacje radiowe wykazują, że wiatry w górnej troposferze tracą całkowicie kierunek południkowy i stają się prądami wiejącymi równolegle do izobar, przybierających na tych wysokościach kierunek równoleżnikowy. Cyrkulacja pasatowa i antypasatowa zwana jest także cyrkulacją międzyzwrotnikową. Obszar ten odznacza się względną stałością typów pogody, który zakłócany jest jedynie poprzez cyklony tropikalne.

Pomiędzy wyżami podzwrotnikowymi i okołobiegunowymi, na szerokościach geograficznych 60-65° powstają obszary niskiego ciśnienia. Napływają do nich ciepłe masy powietrza z wyżów podzwrotnikowych i w zimie z wyżów okołobiegunowych. Pod wpływem siły Coriolisa wiatry te zmieniają kierunek na zachodni. Wieją tam zatem wiatry zachodnie. Szczególnie silnie wiatry zachodnie zaznaczają się na półkuli południowej gdyż w umiarkowanych szerokościach geograficznych brak tam dużych obszarów lądowych. Rejony te żeglarze nazywają „ryczącymi czterdziestkami” i wyjącymi pięćdziesiątkami” ponieważ najsilniejsze wiatry tworzą się pomiędzy 40-60° szerokości geograficznej południowej. Pas szerokości 40-70° zwłaszcza na półkuli północnej jest najbardziej zaburzony, ponieważ na tych obszarach rozwija się najbardziej działalność cyklonalna wywołująca ogromną zmienność kierunku wiatru. Ponieważ najmniejsza ilość ciepła otrzymują obszary okołobiegunowe, występują tu najniższe temperatury, więc powietrze jest tam ciężkie i gęste. Opada ono w dół, tworząc obszary wysokiego ciśnienia.  Wiatry te płyną ku niższym, umiarkowanym szerokościom geograficznym, gdzie występują obszary niskiego ciśnienia. Wiatry dzięki sile Coriolisa przybierają kierunek północno- wschodni. i wschodni na półkuli północnej i południowo -wschodni i wschodni na półkuli południowej. Nazywane są wiatrami wschodnimi. Strefy występowania wiatrów wschodnich znajdują się powyżej 70º szerokości geograficznej. W strefach tych ciśnienie jest wysokie, z dużym zachmurzeniem i obecnością mgły. Siła wiatru może osiągnąć ponad 100 węzłów. Z uwagi na sztormowe wiatry, niskie temperatury i zalodzenie, są to obszary utrudnionej nawigacji. Prądy powietrzne występujące na liniach zbieżności pomiędzy wyżami okołobiegunowymi a podzwrotnikowymi pasami wysokiego ciśnienia powodują ruchy wstępujące, które unoszą powietrze do warstw wyższych. Wyniesione w ten sposób powietrze odpływa zarówno w kierunku niższych szerokości geograficznych, jak również w kierunku biegunów.

Przedstawiona powyżej ogólna cyrkulacja atmosferyczna to jedynie teoretyczny schemat kierunków wiatrów w skali globu. W warunkach rzeczywistych, czyli z uwzględnieniem niejednorodności powierzchni Ziemi rozkład ten jest mocno zaburzony poprzez odmienne oddziaływanie  podłoża lądowego i wodnego. W obrębie tych stref tworzą się obszary podwyższonego, oraz obniżonego ciśnienia. Takie zamknięte obszary noszą nazwę ośrodków działania atmosfery. Jedne z nich mają miejsce w obu porach roku i dlatego nazywane są stałymi, inne zaznaczają się w styczniu, bądź w lipcu, dlatego mówi się że mają charakter sezonowy, bądź okresowy.