THE CIRCULATION OF THE ARCTIC*
Authors: LEE ROY 
Published: March 2008

To sum up, it is apparent that the January surface wind circulation in the Arctic is in no sense characterized by a general easterly current over the polar cap, but rather that the sea‐level circulation exhibits a cellular structure. The cells of high and low are consistently located with respect to the heat sources and sinks. The surface wind field is surmounted by a circumpolar vortex within which there are on the average three long waves or Rossby waves in the winter, with two of the troughs located east of the Tibetan Plateau and the Rockies and the third near Novaya Zemlya. On the basis of the dishpan experiments, it may be inferred that differential heating of a fluid on a rotating earth is sufficient to demonstrate the development of a cellular structure in the surface circulation and the intensification of the existing temperature gradient into an upper narrow jet stream in middle latitudes. A Rossby wave pattern arises as a natural consequence of the motion. Similar features occur in the stratosphere. The temperature gradient which arises from differential solar heating of the ozone layer along the edge of the earth's shadow cone is intensified by the earth's rotation resulting in a strong westerly current in which a basic 3‐wave Rossby pattern also develops. The ridges and troughs in this wave pattern are consistently located with respect to the main mountain barriers. Finally, the Gulf Stream structure manifests a narrow jet core within which the maximum vertical rate of increase in water speed is associated with the thermocline. The experimental and observational phenomena considered here appear to be quite dissimilar, nevertheless, viewed in the light of four physical factors, namely, differential solar heating, the rotation of the earth, the presence of mountain barriers and the geostrophic thermal wind equation, one observes a sense of physical unity.

Le but premier de l'auteur est de dtcrire et d'expliquer les phtnomknes d'ensemble (dans le temps et l'espace) de la circulation atmospherique des rtgions arctiques. La distribution des pressions moyennes au niveau de la mer, la circulation en haute troposphere et les mouvements stratosphtriques sont dtcrits britvement. Deux exptriences bien distinctes permettent de dtmontrer l'existence d'un systtme cellulaire: la premitre, conduite par Riehl et Fultz, simule les mouvements atmosphtriques par rapport B la terre, et la seconde, celle de Phillips, consiste dans la computation Clectronique des mmes phtnomknes baste sur des prtvisions quantitatives obtenues rtcemment par exptrimentation. L'examen des rtsultats de ces deux exptriences permet de conclure que la circulation des vents de surface dans 1'Arctique en Janvier n'est nullement caracttriste par un courant d'Est dominant la calotte polaire, mais que lacirculation au niveau de la mer posskde une structure cellulaire. Les cellules de haute et de basse pression sont toujours distributes en fonction des sources de chaleur et des zones de divergence. L'aire des vents de surface est surmontte d'un vortex circumpolaire qui comprend en moyenne trois longues vagues (Rossby waves) en hiver, deux des fossts se trouvant B 1'Est du Plateau Tibttain et des Montagnes Rocheuses et le troisitme prts de la Nouvelle‐Zemble. L'exptrience de Riehl et Fultz permet de conclure que le rtchauffement difftrentiel d'un fluide sur un globe en rotation suffit dtmontrer le dtveloppement d'une structure cellulaire dans la circulation de surface et la conversion du gradient thermique existant en un Ctroit courant‐fuste B haute altitude au‐dessus des latitudes moyennes. Un systkme de vagues (Rossby waves) rtsulte naturellement de ce mouvement. Des phtnomhes semblables ont lieu dans la stratosphkre. Le gradient thermique qui dtcoule du richauffement difftrentiel solaire de la couche d'ozone sur le rebord du c8ne d'mbre terrestre devient plus accentut par suite de la rotation de la terre et produit un fort courant d'Ouest oh domine tgalement un systkme de trois vagues (Rossby waves). Les cretes et les fossts sont toujours situis en fonction des barritres montagneuses. Un autre phtnomtne B l'tchelle planttaire, i.e. les courant octaniques, obtit aux mtmes principes que le courant‐fusee stratosphtrique. La structure du Gulf Stream, par exemple, comprend un courant‐fuste central oh le taux maximum d'augmentation de la vitesse est en rapport avec le gradient thermique. Les pht‐ nomtnes d'observation et d'exptrimentation dont il est ici question semblent trks difft‐ rents; ntanmoins, lorsqu'on les considkre B la lumitre de quatre facteurs physiques, i.e. le rtchauffement diffkrentiel solaire, la rotation de la terre, la prCsence de barrikres monta‐ gneuses et l'tquation des vents thermiques gtostrophiques, on saisit le sens de l'unit6 physique.