การหมุนเวียนทั่วไปของบรรยากาศปรากฏการณ์ของบรรยากาศเช่น ลมฝน ณ ที่ใดที่หนึ่งนั้นเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียน ส่วนใหญ่ (large scale general circulation) ของบรรยากาศ ทฤษฎีของการหมุนเวียนส่วนใหญ่ของบรรยากาศยังเป็นเรื่องยุ่งยากที่สุดเรื่องหนึ่งในวิชาอุตุนิยมวิทยา ในการพยายาม อธิบายทฤษฎีของการหมุนเวียนส่วนใหญ่นี้ เราจำต้องกล่าวถึงปัจจัยสำคัญบางอย่าง ซึ่ง มีอิทธิพลต่อเรื่องนี้
แสดงการหมุนเวียนส่วนใหญ่ โดยสังเขปของบรรยากาศในกรณีที่โลกหมุน
อิทธิพลของความร้อน
เราทราบแล้วว่า บริเวณโซนร้อนหรือบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรจะได้รับความร้อน มากกว่าบริเวณขั้วโลก อุณหภูมิทั่วไปตามบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรหรือบริเวณโซนร้อน จึงสูงกว่าอุณหภูมิตามบริเวณโซนอุ่นและขั้วโลก สมมติว่า ถ้าโลกของเราไม่มีการหมุนรอบตัวเอง อากาศในโซนร้อนก็จะลอยตัวขึ้นไปยังระดับสูงและเคลื่อนตัวไปยังขั้วโลกทั้งสอง ซึ่งมีอุณหภูมิเย็นกว่า อากาศเย็นตามผิวพื้น ณ บริเวณขั้วโลกก็จะเคลื่อนตัวมาแทนที่อากาศ ร้อน ณ บริเวณโซนร้อน
อิทธิพลของการหมุนรอบตัวเองของโลก
เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเองจากตะวันตกไปยังตะวันออก ทำให้ลมพัดเฉจากแนวเดิมไปทางตะวันออกในซีกโลกเหนือ และเฉจากแนวเดิมไปทางตะวันตกในซีกโลกใต้ ดังนั้น ลมจากทางศูนย์สูตรไปทางขั้วโลกจึงเป็นลมที่พัดมาจากทิศตะวันตก ในขณะที่ลมจากทางขั้วโลกไปทางศูนย์สูตรเป็นลมที่พัดมาจากทิศตะวันออก และเนื่องจากมีการเสียความร้อน เมื่ออากาศเคลื่อนที่จากทางศูนย์สูตรไปทางขั้วโลก การหมุนเวียนของอากาศ จึงแตกออกเป็นส่วนๆ (cells) และค่อนข้างจะยุ่งยาก แต่เราพอจะแสดงรูปของการหมุนเวียนส่วนใหญ่แบบง่ายๆ (simplified
general circulation) ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ที่บริเวณใกล้ขั้วโลกทั้งสอง และที่บริเวณศูนย์สูตร ลมพัดมาจากทิศตะวันออก ส่วนบริเวณโซนอุ่น หรือละติจูดกลาง ลมส่วนมากพัดมาจากทิศตะวันตก ลมตะวันออกจากขั้วโลกกับลม ตะวันตกจากโซนอุ่นจะไปปะทะกันที่ราวๆ ละติจูด ๖๐° ซึ่งเป็นบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ (low pressure) เกิดเป็นแนวปะทะขึ้น อากาศในบริเวณนี้จึงปรวนแปรที่สุด และมีน้ำฟ้า (precipitation) เกิดมากส่วนที่ราวๆ ละติจูด ๓๐° เป็นบริเวณติดต่อระหว่างลมตะวันตก จากโซนอุ่น กับลมตะวันออกจากทางศูนย์สูตร จะมีความกดอากาศสูง
(high pressure) มีลมพัดเบา และท้องฟ้าแจ่มใส การเดินเรือสมัยโบราณได้รับความลำบาก เพราะขาดกระแสลมหรือมีลมอ่อนมากในบริเวณนี้ จึงทำให้ม้าที่บรรทุกไปในเรือ ต้องเสียชีวิตไปมาก ฉะนั้น บริเวณนี้จึงได้ชื่อว่า "ละติจูดม้า" (horse latitude) และเนื่องจาก ลมตะวันออกเฉียงเหนือในซีกโลกเหนือ และลมตะวันออกเฉียงใต้ในซีกโลกใต้ เป็นลมที่ใช้ในการเดินเรือสินค้าในสมัยโบราณ พวกกัปตันเรือจึงเรียกลมนี้ว่า "ลมสินค้า" (trade winds)
ในบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตร กระแสลมมีกำลังอ่อน แต่ลักษณะอากาศในบริเวณนี้แตกต่างกับอากาศในบริเวณละติจูดม้า คือ ในบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตร อากาศมักจะพัดสอบเข้าหากันตามแนวนอน ซึ่งเรียกว่า "แนวปะทะแห่งโซนร้อน หรือแนวรวมแห่ง โซนร้อน" (intertropical convergence zone) บริเวณนี้มีอุณหภูมิสูง มีความชื้นมาก มีฝน และพายุฟ้าคะนองมาก
อิทธิพลของทวีปและมหาสมุทร (หรือของแผ่นดินและน้ำ)โดยที่พื้นโลกมีเนื้อที่ที่เป็นน้ำและแผ่นดินไม่เท่ากัน การหมุนเวียนของบรรยากาศ ส่วนใหญ่จึงมีลักษณะยุ่งยากขึ้นอีก ในฤดูหนาว บริเวณผืนแผ่นดินจะมีความเย็นมากกว่า บริเวณพื้นน้ำ ส่วนในฤดูร้อนนั้น บริเวณผืนแผ่นดินจะมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณพื้นน้ำ ตาม ธรรมดาฤดูหนาวของซีกโลกเหนือมีความหนาวรุนแรงกว่าฤดูหนาวของซีกโลกใต้ ทั้งนี้เป็นเพราะว่า ในซีกโลกเหนือ มีเนื้อที่ของผืนแผ่นดินมากกว่าบริเวณซีกโลกใต้
ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ ทำให้เกิดความแตกต่างของความกดอากาศขึ้น ในฤดู หนาวอากาศเย็นซึ่งมีความแน่นมากกว่า จะทำให้เกิดความกดอากาศสูง ณ บริเวณผืนแผ่น ดินของทวีป ในฤดูร้อนความกดอากาศสูง จะเกิดขึ้นแถวมหาสมุทรซึ่งเย็นกว่า
ผลการเรียนรู้
1. อธิบายผลของแรงเนื่องจากความแตกต่างของความกดอากาศ แรงคอริออลิส แรงสู่ศูนย์กลาง และแรงเสียดทานที่มีต่อการหมุนเวียนของอากาศ
2. อธิบายการหมุนเวียนของอากาศตามเขตละติจูด และผลที่มีต่อภูมิอากาศ
จุดประสงค์การเรียนรู้
1. อธิบายลักษณะการเคลื่อนที่ของอากาศที่เป็นผลมาจากแรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศ
2. อธิบายผลของแรงที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลกกับการเคลื่อนที่ของอากาศ
3. อธิบายผลของแรงสู่ศูนย์กลางกับการเคลื่อนที่ของอากาศ
4. อธิบายผลของแรงเสียดทานกับการเคลื่อนที่ของอากาศ
5. วิเคราะห์ และอธิบายการหมุนเวียนอากาศตามแบบจeลองการหมุนเวียนอากาศแบบทั่วไป
6. อธิบายความสัมพันธ์ของการหมุนเวียนอากาศกับลมฟ้าอากาศและภูมิอากาศ
สาระสำคัญ
การหมุนเวียนของอากาศเกิดขึ้นจากความกดอากาศที่แตกต่างกันระหว่างสองบริเวณ โดยอากาศเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนในการเคลื่อนที่ของอากาศในแนวราบ และเมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ของอากาศในแนวดิ่งจะพบว่าอากาศเหนือบริเวณความกดอากาศต่ำจะมีการยกตัวขึ้น ขณะที่อากาศเหนือบริเวณความกดอากาศสูงจะจมตัวลงโดยการเคลื่อนที่ของอากาศทั้งในแนวราบและแนวดิ่งนี้ทำให้เกิดเป็นการหมุนเวียนของอากาศ
การหมุนรอบตัวเองของโลกจะทำให้เกิดแรงคอริออลิสซึ่งมีผลให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศเบนไป โดยอากาศที่เคลื่อนที่ในบริเวณซีกโลกเหนือจะเบนไปทางขวาจากทิศทางเดิม ส่วนบริเวณซีกโลกใต้จะเบนไปทางซ้ายจากทิศทางเดิม เช่น ลมค้า มรสุม แต่ละบริเวณของโลกมีความกดอากาศแตกต่างกันประกอบกับอิทธิพลจากการหมุนรอบตัวเองของโลกทำ ให้อากาศในแต่ละซีกโลกเกิดการหมุนเวียนของอากาศตามเขตละติจูด แบ่งออกเป็น 3 แถบ โดยแต่ละแถบมีภูมิอากาศแตกต่างกัน ได้แก่ การหมุนเวียนแถบขั้วโลกมีภูมิอากาศแบบหนาวเย็น การหมุนเวียนแถบละติจูดกลางมีภูมิอากาศแบบอบอุ่น และการหมุนเวียนแถบเขตร้อนมีภูมิอากาศแบบร้อนชื้น
บริเวณรอยต่อของการหมุนเวียนอากาศแต่ละแถบละติจูดจะมีลักษณะลมฟ้าอากาศที่แตกต่างกันเช่น บริเวณใกล้ศูนย์สูตรมีปริมาณหยาดน้ำฟ้าเฉลี่ยสูงกว่าบริเวณอื่น บริเวณละติจูด 30 องศา มีอากาศแห้งแล้ง ส่วนบริเวณละติจูด ๖๐ องศา อากาศมีความแปรปรวน
เวลาที่ใช้
บทนี้ควรใช้เวลาสอนประมาณ 14 ชั่วโมง
1 การเคลื่อนที่และการหมุนเวียนของอากาศ 6 ชั่วโมง
2 การหมุนเวียนของอากาศบนโลก 4 ชั่วโมง
3 ความสัมพันธ์ของการหมุนเวียนอากาศกับภูมิอากาศ 4 ชั่วโมง