大気循環
気象現象の原動力となるのは太陽から地球への熱供給、つまり太陽からの光(太陽放射)である。太陽放射を受ける量は平均すると赤道付近で最も多く、緯度が高い北極や南極に近づくほど少なくなる。一方、地球から出ていく熱(地球放射)の緯度による差は同じような変化をするものの、太陽放射に比べて変化が小さい。よって、約40°より低緯度では出ていく熱より入ってくる熱の方が多く、高緯度では逆に出ていく熱の方が多い。これを聞くと低緯度は温度が上がり続けて高緯度は温度が下がり続けるように思えるが、実際はそうはならない。熱が低緯度から高緯度へ輸送されているからである。
緯度方向、つまり南北方向の熱輸送を担う機構は大きく分けて3ある。海流による輸送、大気の流れによる輸送、潜熱(状態変化に伴い熱を吸収放出し、大気とともに水蒸気や雲として)輸送の3つである。全体でみると、海流よりも大気と潜熱による輸送の方が量は多い。
太平洋と周辺の大陸の間では、海陸分布により「ウォーカー循環」と呼ばれる東西の循環が存在する。
赤道付近の太平洋で暖められた大気は西太平洋で上昇し、東と西に分かれて循環している。東に向かった大気は東太平洋で下降し、西へ向かった大気はインド洋や大西洋で下降する。この循環によって、西太平洋と東太平洋の間で大きな海水温の差ができ、冷たい東太平洋から暖かい西太平洋への海水の流れが生じる。
ウォーカー循環は、20世紀前半にインドの天文台の所長を務めたイギリス人気象学者ギルバート・ウォーカーにちなんで名づけられた。ウォーカーは季節風の特性からその変化を調べたものの、最終的には失敗に終わった。しかしこの研究が、後に「南方振動」と呼ばれる太平洋・インド洋間の気圧変化の関係性の発見につながることとなった。
海水温がいつもどおりであればウォーカー循環は「正常」に働くが、海水温が変化するとウォーカー循環にも異常が現れる。何らかの原因で西太平洋での大気の上昇が弱まると、貿易風が弱まって東太平洋の海水温が上昇し、ウォーカー循環が崩れる。海洋と大気の両方で異常が生じるので、これらを総称して「エルニーニョ・南方振動」(ENSO)と呼ぶ。