La Terre est chauffée de façon différentielle par les rayons du Soleil. Le contraste thermique en surface engendre un transfert de chaleur de l’équateur vers les pôles, via le déplacement des masses fluides (air, eau), sur de longues distances. Dans l’atmosphère, sont mises en place des cellules de convection. Celles-ci transportent la chaleur et l’humidité vers les hautes latitudes et l’air froid vers les basses latitudes. Il en existe trois de dimension planétaire, pour chaque hémisphère.
La cellule de Hadley
La première cellule de convection planétaire est appelée la cellule de Hadley. Elle se déploie entre l’équateur et les Tropiques (30° de latitude). Les masses d’air de proche surface sont chauffées par les rayons thermiques émis par le sol. Plus chaudes et moins denses que l’air sus-jacent, elles montent en altitude. Ce faisant, elles se refroidissent et la vapeur d’eau présente se condense pour former des nuages.
Le sommet de la Troposphère constitue une barrière physique que les masses d’air ascendantes ne peuvent franchir. De fait, une fois parvenues à cette altitude, les masses d’air s’étalent et divergent de part et d’autre. Petit à petit, elles se propagent vers les plus hautes latitudes tout en transférant l’essentiel de leur chaleur à la Stratosphère, par conduction, et en se refroidissant. Leur densité augmente tant et si bien qu’elles finissent par redescendre vers la surface.
L’air subsidant en surface est plus froid et plus sec que les masses d’air initiales. Les régions de subsidence sont associées à un climat asséché, désertique (ex. désert du Sahara, désert de Gobi…).
La cellule polaire
La cellule polaire s’étend entre 60° et 90° de latitude. Elle fonctionne sur le même principe que la cellule de Hadley. L’air chaud monte vers 60° de latitude et transporte chaleur et humidité vers le pôle, tandis que la branche subsidente apporte de l’air froid et sec vers les moyennes latitudes.
La cellule de Ferrel
La dernière cellule de convection planétaire est celle de Ferrel. Elle s’étend entre les Tropiques et les moyennes latitudes (30°-60°). Sa branche ascendante se situe au niveau des hautes latitudes et sa branche descendante, au niveau des Tropiques. Son sens giratoire est donc contraire à celui de la cellule de Hadley et à celui de la cellule polaire. Cela peut sembler paradoxal au premier abord mais s’explique par les principes physiques de conservation des masses et de l’énergie.
