การหมุนเวียนของบรรยากาศ คือการเคลื่อนที่ของ อากาศในระดับใหญ่และเมื่อรวมกับการหมุนเวียนของมหาสมุทรแล้ว จะเป็นกลไกในการกระจายพลังงานความร้อน บน พื้นผิวโลกการหมุนเวียนของบรรยากาศโลกเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละปี แต่โครงสร้างในระดับใหญ่ของการหมุนเวียนยังคงค่อนข้างคงที่ ระบบสภาพอากาศในระดับเล็กกว่า เช่นหย่อมความ กดอากาศต่ำ ในละติจูดกลาง หรือเซลล์การพาความร้อนในเขตร้อน เกิดขึ้นอย่างไม่เป็นระเบียบ และการพยากรณ์อากาศระยะยาวของระบบเหล่านี้ไม่สามารถทำได้เกินสิบวันในทางปฏิบัติ หรือหนึ่งเดือนในทางทฤษฎี (ดูทฤษฎีความโกลาหลและปรากฏการณ์ผีเสื้อ )

สภาพอากาศของโลกเป็นผลมาจากการได้รับแสงจากดวงอาทิตย์และกฎของอุณหพลศาสตร์การหมุนเวียนของชั้นบรรยากาศสามารถมองได้ว่าเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากดวงอาทิตย์ และแหล่งดูดซับพลังงาน ของมัน ในท้ายที่สุดก็คือความมืดมิดของอวกาศ งานที่เกิดจากเครื่องยนต์นั้นทำให้มวลอากาศเคลื่อนที่ และในกระบวนการนั้นมันจะกระจายพลังงานที่ดูดซับโดยพื้นผิวโลกใกล้เขตร้อนไปยังละติจูดที่ใกล้ขั้วโลก และจากนั้นไปยังอวกาศ

เซลล์การหมุนเวียนของบรรยากาศขนาดใหญ่จะเคลื่อนตัวไปทางขั้วโลกในยุคที่อากาศอบอุ่นกว่า (เช่นยุคระหว่างยุคน้ำแข็งเมื่อเทียบกับยุคน้ำแข็ง ) แต่โดยพื้นฐานแล้วยังคงค่อนข้างคงที่ เนื่องจากเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของขนาดโลก อัตราการหมุน ความร้อน และความลึกของชั้นบรรยากาศ ซึ่งทั้งหมดนี้เปลี่ยนแปลงน้อยมาก ในช่วงเวลาที่ยาวนานมาก (หลายร้อยล้านปี) การยกตัวของแผ่น เปลือกโลก สามารถเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบหลักๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ เช่นกระแสลมกรดและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกอาจทำให้กระแสน้ำในมหาสมุทร เปลี่ยนไป ในช่วงสภาพอากาศที่ร้อนจัดของยุคมีโซโซอิก อาจมีแถบ ทะเลทรายที่สามอยู่บริเวณ เส้นศูนย์สูตร

แถบกระแสลมที่ล้อมรอบโลกนั้นแบ่งออกเป็นสามกลุ่มในแต่ละซีกโลก ได้แก่กลุ่มแฮดลีย์กลุ่มเฟอร์เรล และกลุ่มขั้วโลก กลุ่มเหล่านี้มีอยู่ในทั้งซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ การเคลื่อนที่ของบรรยากาศส่วนใหญ่เกิดขึ้นในกลุ่มแฮดลีย์ ระบบความดันสูงที่กระทำต่อพื้นผิวโลกนั้นสมดุลกับระบบความดันต่ำในบริเวณอื่น ๆ ส่งผลให้เกิดความสมดุลของแรงที่กระทำต่อพื้นผิวโลก

ละติจูดม้าเป็นบริเวณที่มีความดันสูงที่ละติจูดประมาณ 30° ถึง 35° (เหนือหรือใต้) ซึ่งลมจะแยกตัวออกไปยังโซนที่อยู่ติดกันของเซลล์ Hadley หรือ Ferrel และโดยทั่วไปจะมีลมเบา ท้องฟ้าแจ่มใส และมีปริมาณน้ำฝนน้อย^{[ 1 ] [ 2 ]}

รูปแบบการหมุนเวียนของบรรยากาศที่George Hadleyอธิบายไว้นั้นเป็นความพยายามที่จะอธิบายลมค้าขายเซลล์ Hadley เป็นวงจรการหมุนเวียนแบบปิดซึ่งเริ่มต้นที่เส้นศูนย์สูตร ที่นั่น อากาศชื้นจะได้รับความร้อนจากพื้นผิวโลก ความหนาแน่นลดลง และลอยขึ้น มวลอากาศที่คล้ายกันซึ่งลอยขึ้นอีกด้านหนึ่งของเส้นศูนย์สูตรจะบังคับให้มวลอากาศที่ลอยขึ้นเหล่านั้นเคลื่อนตัวไปทางขั้วโลก อากาศที่ลอยขึ้นจะสร้างเขตความดันต่ำใกล้เส้นศูนย์สูตร เมื่ออากาศเคลื่อนตัวไปทางขั้วโลก มันจะเย็นลง มีความหนาแน่นมากขึ้น และลดระดับลงที่ประมาณละติจูดที่ 30ทำให้เกิดบริเวณความดันสูงจากนั้นอากาศที่ลดระดับลงจะเคลื่อนตัวไปยังเส้นศูนย์สูตรตามพื้นผิว แทนที่อากาศที่ลอยขึ้นจากบริเวณเส้นศูนย์สูตร ปิดวงจรของเซลล์ Hadley ^{[ 3 ]}

การเคลื่อนที่ของอากาศไปทางขั้วโลกในส่วนบนของชั้นโทรโปสเฟียร์จะเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันออก เนื่องมาจากแรงโคริโอลิสอย่างไรก็ตาม ที่ระดับพื้นดิน การเคลื่อนที่ของอากาศไปทางเส้นศูนย์สูตรในส่วนล่างของชั้นโทรโปสเฟียร์จะเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันตก ทำให้เกิดลมจากทิศตะวันออก ลมที่พัดไปทางทิศตะวันตก (จากทิศตะวันออก เรียกว่าลมตะวันออก) ที่ระดับพื้นดินในเซลล์แฮดลีย์เรียกว่าลมค้าขาย

แม้ว่าเซลล์แฮดลีย์จะถูกอธิบายว่าตั้งอยู่ที่เส้นศูนย์สูตร แต่ในเดือนมิถุนายนและกรกฎาคม เซลล์นี้จะเคลื่อนตัวไปทางเหนือ และในเดือนธันวาคมและมกราคม และไปทางใต้ อันเป็นผลมาจากความร้อนของดวงอาทิตย์ที่แผ่ไปยังพื้นผิว บริเวณที่มีความร้อนสูงสุดเรียกว่า " เส้นศูนย์สูตรความร้อน " เนื่องจากฤดูร้อนของซีกโลกใต้คือช่วงเดือนธันวาคมถึงมีนาคม การเคลื่อนตัวของเส้นศูนย์สูตรความร้อนไปยังละติจูดทางใต้ที่สูงขึ้นจึงเกิดขึ้นในช่วงเวลานั้น

ระบบ Hadley เป็นตัวอย่างของการหมุนเวียนความร้อนโดยตรง กำลังของระบบ Hadley ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องยนต์ความร้อนนั้น ประมาณการไว้ที่ 200 เท^ราวัตต์^{[ 4} ]

เซลล์ขั้วโลกเป็นระบบที่เรียบง่ายซึ่งมีแรงขับเคลื่อนจากการพาความร้อนที่รุนแรง แม้ว่าอากาศที่เส้นละติจูดที่ 60 จะเย็นและแห้งกว่าอากาศบริเวณเส้นศูนย์สูตร แต่มวลอากาศ ก็ยังคงอบอุ่นและชื้นเพียงพอที่จะเกิดการ พา ความร้อนและขับเคลื่อนวงจรความร้อนได้ ที่เส้นละติจูดที่ 60 อากาศจะลอยขึ้นไปสู่ชั้นโทรโปสเฟียร์ (ประมาณ 8 กิโลเมตรที่ละติจูดนี้) และเคลื่อนตัวไปทางขั้วโลก ในขณะที่เคลื่อนตัวไปนั้น มวลอากาศระดับบนจะเบี่ยงไปทางทิศตะวันออก เมื่ออากาศไปถึงบริเวณขั้วโลก อากาศจะเย็นลงเนื่องจากการแผ่รังสีสู่ห้วงอวกาศและมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศด้านล่างอย่างมาก มันจึงลดระดับลง ทำให้เกิดบริเวณความดันสูงที่เย็นและแห้ง ที่ระดับพื้นผิวขั้วโลก มวลอากาศจะถูกผลักออกจากขั้วโลกไปยังเส้นละติจูดที่ 60 แทนที่อากาศที่ลอยขึ้นไปที่นั่น และเซลล์การหมุนเวียนของขั้วโลกก็สมบูรณ์ เมื่ออากาศที่พื้นผิวเคลื่อนตัวไปยังเส้นศูนย์สูตร มันจะเบี่ยงไปทางทิศตะวันตกอีกครั้ง อันเป็นผลมาจากผลของแรงโคริโอลิส กระแสลมที่พัดอยู่บนพื้นผิวเรียกว่าลมตะวันออกขั้วโลก ซึ่งพัดจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือไปยังทิศตะวันตกเฉียงใต้ใกล้ขั้วโลกเหนือ และพัดจากทิศตะวันออกเฉียงใต้ไปยังทิศตะวันตกเฉียงเหนือใกล้ขั้วโลกใต้

การไหลออกของมวลอากาศจากเซลล์สร้างคลื่นฮาร์มอนิกในชั้นบรรยากาศที่เรียกว่าคลื่นรอสบีคลื่นยาวพิเศษเหล่านี้กำหนดเส้นทางของกระแสลมกรด ขั้วโลก ซึ่งเคลื่อนที่ภายในเขตเปลี่ยนผ่านระหว่างชั้นโทรโปสเฟียร์และเซลล์เฟอร์เรลโดยทำหน้าที่เป็นแหล่งระบายความร้อน เซลล์ขั้วโลกจะเคลื่อนย้ายความร้อนจำนวนมากจากเส้นศูนย์สูตรไปยังบริเวณขั้วโลก

เซลล์ขั้วโลก ภูมิประเทศ และลมคาตาบาติกในแอนตาร์กติกา สามารถสร้างสภาวะที่หนาวเย็นมากที่พื้นผิวได้ ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิต่ำสุดที่บันทึกไว้บนโลกคือ −89.2 °C ที่สถานีวอสต็อกในแอนตาร์กติกา ซึ่งวัดได้ในปี 1983 ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

ส่วนหนึ่งของอากาศที่ลอยขึ้นที่ละติจูด 60° จะกระจายตัวที่ระดับความสูงไปยังขั้วโลกและสร้างเซลล์ขั้วโลก ส่วนที่เหลือจะเคลื่อนตัวไปยังเส้นศูนย์สูตรซึ่งจะปะทะกับอากาศระดับสูงของเซลล์แฮดลีย์ที่ละติจูด 30° ที่นั่นอากาศจะลดระดับลงและเสริมความแข็งแกร่งให้กับสันความดันสูงด้านล่าง พลังงานส่วนใหญ่ที่ขับเคลื่อนเซลล์เฟอร์เรลนั้นมาจากเซลล์ขั้วโลกและเซลล์แฮดลีย์ที่หมุนเวียนอยู่ทั้งสองด้าน ซึ่งดึงอากาศของเซลล์เฟอร์เรลไปด้วย^{[ 8 ]} ดังนั้น เซลล์เฟอร์เรล ซึ่งเป็นทฤษฎีของวิลเลียม เฟอร์เรล (1817–1891) จึงเป็นลักษณะการหมุนเวียนรอง ซึ่งการดำรงอยู่ของมันขึ้นอยู่กับเซลล์แฮดลีย์และเซลล์ขั้วโลกที่อยู่ทั้งสองด้าน อาจคิดได้ว่าเป็นกระแสน้ำวนที่สร้างขึ้นโดยเซลล์แฮดลีย์และเซลล์ขั้วโลก

อากาศจากเซลล์เฟอร์เรลที่ลดระดับลงที่ละติจูด 30° จะเคลื่อนตัวกลับไปยังขั้วโลกที่ระดับพื้นดิน และในขณะที่เคลื่อนตัวกลับไปนั้น อากาศจะเบี่ยงไปทางทิศตะวันออก ในชั้นบรรยากาศตอนบนของเซลล์เฟอร์เรล อากาศที่เคลื่อนตัวไปยังเส้นศูนย์สูตรจะเบี่ยงไปทางทิศตะวันตก การเบี่ยงทั้งสองนี้ เช่นเดียวกับในกรณีของเซลล์แฮดลีย์และเซลล์ขั้วโลก ล้วนเกิดจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ผลก็คือ เช่นเดียวกับที่ลมค้าตะวันออกพบอยู่ใต้เซลล์แฮดลีย์ลมตะวันตกก็พบอยู่ใต้เซลล์เฟอร์เรลเช่นกัน

เซลล์เฟอร์เรลนั้นอ่อนแอ เนื่องจากไม่มีแหล่งความร้อนที่แข็งแกร่งหรือแหล่งระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง ดังนั้นการไหลของอากาศและอุณหภูมิภายในจึงแปรปรวน ด้วยเหตุนี้ บริเวณละติจูดกลางจึงบางครั้งเรียกว่า"เขตผสม" เซลล์แฮดลีย์และเซลล์ขั้วโลกเป็นวงปิดอย่างแท้จริง แต่เซลล์เฟอร์เรลไม่ใช่ และจุดสำคัญอยู่ที่ลมตะวันตก ซึ่งเรียกอย่างเป็นทางการว่า "ลมตะวันตกประจำถิ่น" ลมค้าตะวันออกและลมตะวันออกขั้วโลกไม่มีอะไรให้พัดผ่าน เนื่องจากเซลล์การหมุนเวียนหลักของพวกมันแข็งแกร่งพอและเผชิญกับอุปสรรคน้อยมาก ไม่ว่าจะเป็นลักษณะภูมิประเทศขนาดใหญ่หรือเขตความดันสูง อย่างไรก็ตาม ลมตะวันตกที่อ่อนแอกว่าของเซลล์เฟอร์เรลสามารถถูกรบกวนได้ การเคลื่อนตัวของแนวปะทะอากาศเย็นในท้องถิ่นอาจเปลี่ยนแปลงสิ่งนั้นได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาที และมักเกิดขึ้นบ่อยครั้ง ผลก็คือ ที่พื้นผิว ลมอาจเปลี่ยนทิศทางอย่างฉับพลัน แต่ลมเหนือพื้นผิว ซึ่งถูกรบกวนจากภูมิประเทศน้อยกว่านั้น โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นลมตะวันตก บริเวณความกดอากาศต่ำที่ละติจูด 60° ซึ่งเคลื่อนตัวเข้าหาเส้นศูนย์สูตร หรือบริเวณความกดอากาศสูงที่ละติจูด 30° ซึ่งเคลื่อนตัวเข้าหาขั้วโลก จะเร่งความเร็วลมตะวันตกของกลุ่มเมฆเฟอร์เรล ความกดอากาศสูงที่เคลื่อนตัวเข้าหาขั้วโลกอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดลมตะวันตกพัดต่อเนื่องเป็นเวลาหลายวัน

ระบบ Ferrel ทำหน้าที่เป็นปั๊มความร้อนที่มีสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ 12.1 โดยใช้พลังงานจลน์จากระบบ Hadley และ polar ในอัตราประมาณ 275 เทราวัตต์^{[ 4 ]}

เซลล์แฮดลีย์และเซลล์ขั้วโลกมีความคล้ายคลึงกันตรงที่เป็นปรากฏการณ์ทางความร้อนโดยตรง กล่าวคือ เกิดขึ้นโดยตรงจากอุณหภูมิพื้นผิว ลักษณะทางความร้อนของพวกมันเป็นตัวขับเคลื่อนสภาพอากาศในบริเวณนั้น ปริมาณพลังงานมหาศาลที่เซลล์แฮดลีย์ขนส่ง และความลึกของแหล่งระบายความร้อนภายในเซลล์ขั้วโลก ทำให้ปรากฏการณ์สภาพอากาศชั่วคราวไม่เพียงแต่มีผลกระทบต่อระบบโดยรวมน้อยมากเท่านั้น แต่—ยกเว้นในสถานการณ์ที่ผิดปกติ—พวกมันก็จะไม่ก่อตัวขึ้นด้วย ห่วงโซ่ของความกดอากาศสูงและต่ำที่เคลื่อนผ่านไปอย่างไม่สิ้นสุด ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันของผู้คนที่อาศัยอยู่ในละติจูดกลาง ภายใต้เซลล์เฟอร์เรลที่ละติจูดระหว่าง 30 ถึง 60 องศา ไม่ปรากฏให้เห็นเหนือเส้นละติจูดที่ 60 และต่ำกว่าเส้นละติจูดที่ 30 อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นที่น่าสังเกตอยู่บ้าง เช่น ในยุโรป สภาพอากาศที่ไม่เสถียรขยายไปถึงอย่างน้อยเส้นละติจูดที่ 70 องศาเหนือ

แม้ว่าเซลล์แฮดลีย์ เซลล์เฟอร์เรล และเซลล์ขั้วโลก (ซึ่งมีแกนวางตัวตามแนวขนานหรือละติจูด) จะเป็นลักษณะสำคัญของการถ่ายเทความร้อนทั่วโลก แต่เซลล์เหล่านี้ไม่ได้ทำงานเพียงลำพัง ความแตกต่างของอุณหภูมิยังขับเคลื่อนเซลล์การหมุนเวียนอีกชุดหนึ่ง ซึ่งมีแกนการหมุนเวียนวางตัวตามแนวยาว การเคลื่อนที่ของบรรยากาศนี้เรียกว่าการหมุนเวียนแบบพลิกกลับตามแนวแกน (zonal overturning circulation )

การหมุนเวียนตามละติจูดเป็นผลมาจากการที่บริเวณเขตร้อนได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ต่อหน่วยพื้นที่สูงสุด (ความเข้มของแสงอาทิตย์) ความเข้มของแสงอาทิตย์จะลดลงเมื่อละติจูดเพิ่มขึ้น จนเกือบเป็นศูนย์ที่ขั้วโลก ส่วนการหมุนเวียนตามลองจิจูดเป็นผลมาจากความจุความร้อนของน้ำ การดูดซับความร้อน และการผสมของน้ำ น้ำดูดซับความร้อนได้มากกว่าพื้นดิน แต่ระดับอุณหภูมิของน้ำไม่สูงขึ้นมากเท่ากับพื้นดิน ส่งผลให้ความผันแปรของอุณหภูมิบนพื้นดินมากกว่าบนน้ำ

เซลล์แฮดลีย์ เฟอร์เรล และเซลล์ขั้วโลก ทำงานในระดับที่ใหญ่ที่สุดคือหลายพันกิโลเมตร ( ระดับซินอปติก ) การหมุนเวียนตามละติจูดก็สามารถส่งผลต่อระดับมหาสมุทรและทวีปได้เช่นกัน และผลกระทบนี้เกิดขึ้นตามฤดูกาลหรือแม้กระทั่งในรอบทศวรรษอากาศอุ่นลอยขึ้นเหนือบริเวณเส้นศูนย์สูตร ทวีป และมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตก เมื่อถึงชั้นโทรโปสเฟียร์ อากาศจะเย็นลงและจมลงในบริเวณที่มีมวลน้ำเย็นกว่า

เซลล์มหาสมุทรแปซิฟิกมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อสภาพอากาศของโลก เซลล์ที่ประกอบด้วยมหาสมุทรทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดของอุณหภูมิพื้นผิวของมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกและตะวันออก ภายใต้สถานการณ์ปกติ น้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกจะอุ่น และน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกจะเย็น กระบวนการนี้เริ่มต้นเมื่อกิจกรรมการพาความร้อนที่รุนแรงเหนือเอเชียตะวันออก ในเขต ร้อนและอากาศเย็นที่ลดลงนอก ชายฝั่งตะวันตกของ อเมริกาใต้สร้างรูปแบบลมที่ผลักดันน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกไปทางตะวันตกและสะสมอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตก (ระดับน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกสูงกว่าในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกประมาณ 60 ซม.) ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

ผลกระทบตามแนวยาวในแต่ละวัน (รายวัน) เกิดขึ้นในระดับกลาง (ช่วงแนวนอนตั้งแต่ 5 ถึงหลายร้อยกิโลเมตร) ในระหว่างวัน อากาศที่อุ่นขึ้นจากพื้นดินที่ร้อนกว่าจะลอยขึ้น และในขณะที่ลอยขึ้นนั้นก็จะดึงลมเย็นจากทะเลเข้ามาแทนที่อากาศที่ลอยขึ้น ในเวลากลางคืน น้ำทะเลที่อุ่นกว่าและพื้นดินที่เย็นกว่าจะทำให้กระบวนการนี้กลับกัน และลมจากพื้นดินซึ่งเป็นอากาศที่เย็นลงจากพื้นดินจะถูกพัดออกสู่ทะเลในเวลากลางคืน

กระแสลมในมหาสมุทรแปซิฟิกมีความสำคัญมากจนได้รับการตั้งชื่อว่า " กระแสลมหมุนเวียนวอล์คเกอร์"ตามชื่อของเซอร์ กิลเบิร์ต วอล์คเกอร์ ผู้อำนวยการหอดูดาวของอังกฤษใน อินเดียในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ผู้ซึ่งพยายามหาวิธีทำนายว่า ลม มรสุมของอินเดียจะอ่อนกำลังลงเมื่อใด แม้ว่าเขาจะไม่ประสบความสำเร็จในการทำนาย แต่ผลงานของเขานำไปสู่การค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างการเปลี่ยนแปลงความดันเป็นระยะในมหาสมุทรอินเดียกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกและตะวันตก ซึ่งเขาเรียกว่า " การแกว่งตัวทางใต้" (Southern Oscillation )

การเคลื่อนที่ของอากาศในระบบหมุนเวียนของวอล์คเกอร์ส่งผลกระทบต่อวงจรทั้งสองด้าน ภายใต้สถานการณ์ปกติ สภาพอากาศจะเป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้ แต่ทุกๆ สองสามปี ฤดูหนาวจะอบอุ่นหรือหนาวผิดปกติ หรือความถี่ของพายุเฮอริเคนจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง และรูปแบบนี้จะเกิดขึ้นเป็นระยะเวลาที่ไม่แน่นอน

กลุ่มเมฆวอล์คเกอร์มีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์นี้และใน ปรากฏการณ์ เอลนีโญหากกิจกรรมการพาความร้อนชะลอตัวลงในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกด้วยเหตุผลบางประการ (ปัจจุบันยังไม่ทราบเหตุผล) สภาพภูมิอากาศของพื้นที่ที่อยู่ติดกับมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกจะได้รับผลกระทบ ประการแรก ลมตะวันตกในระดับบนจะหยุดพัด ทำให้แหล่งกำเนิดอากาศเย็นที่ไหลกลับมาซึ่งปกติจะลดระดับลงที่ละติจูดประมาณ 30° ใต้ถูกตัดขาด และด้วยเหตุนี้อากาศที่ไหลกลับมาในรูปของลมตะวันออกที่พื้นผิวจึงหยุดลง มีผลที่ตามมาสองประการ น้ำอุ่นจะหยุดไหลเข้าสู่มหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกจากทางตะวันตก (ซึ่งถูก "สะสม" โดยลมตะวันออกในอดีต) เนื่องจากไม่มีลมพื้นผิวที่จะผลักดันมันเข้าไปในบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกอีกต่อไป สิ่งนี้และผลกระทบที่เกี่ยวข้องของการแกว่งตัวทางใต้ส่งผลให้เกิดอุณหภูมิและรูปแบบปริมาณน้ำฝนที่ผิดปกติในระยะยาวในอเมริกาเหนือและใต้ ออสเตรเลีย และแอฟริกาตะวันออกเฉียงใต้ และการรบกวนกระแสน้ำในมหาสมุทร

ในขณะเดียวกัน ในมหาสมุทรแอตแลนติก ลมตะวันตกเฉียงเหนือระดับบนที่พัดแรงของกลุ่มแฮดลีย์ก่อตัวขึ้น ซึ่งโดยปกติจะถูกปิดกั้นโดยการหมุนเวียนของวอล์คเกอร์และไม่สามารถมีความรุนแรงได้ ลมเหล่านี้รบกวนยอดของพายุเฮอริเคนที่เพิ่งก่อตัวขึ้นและลดจำนวนพายุที่สามารถมีความรุนแรงเต็มที่ลงอย่างมาก^{[ 13 ]}

เอลนีโญและลานีญาเป็นปรากฏการณ์อุณหภูมิผิวน้ำที่ตรงข้ามกันในมหาสมุทรแปซิฟิกใต้ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพอากาศในวงกว้าง ในกรณีของเอลนีโญ น้ำผิวดินที่อุ่นขึ้นจะเข้าใกล้ชายฝั่งอเมริกาใต้ ส่งผลให้การไหลขึ้นของน้ำลึกที่อุดมไปด้วยสารอาหารถูกปิดกั้น ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประชากรปลา

ในกรณีของปรากฏการณ์ลานีญา เซลล์การพาความร้อนเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกจะทวีความรุนแรงขึ้นอย่างผิดปกติ ส่งผลให้ฤดูหนาวในอเมริกาเหนือหนาวเย็นกว่าปกติ และฤดูพายุไซโคลนในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และออสเตรเลียตะวันออก มีความรุนแรงมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการไหลขึ้นของน้ำทะเลลึกที่เย็นจัดและการยกตัวของอากาศผิวดินที่รุนแรงขึ้นใกล้กับอเมริกาใต้ ส่งผลให้เกิดภัยแล้งบ่อยขึ้น แม้ว่าชาวประมงจะได้รับประโยชน์จากน้ำทะเลแปซิฟิกตะวันออกที่มีสารอาหารมากขึ้นก็ตาม

• การหมุนเวียนของ Brewer–Dobson
• ลมประจำถิ่น

• ภาพเคลื่อนไหวแสดงการหมุนเวียนของเมฆทั่วโลกในระยะเวลาหนึ่งเดือน โดยอ้างอิงจากภาพถ่ายดาวเทียมตรวจอากาศ
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอากาศและทะเล และรูปแบบการหมุนเวียนของมหาสมุทร ตามข้อมูลจากกรมอุตุนิยมวิทยาของรัฐบาลไทย