Meteorológia - Konvekció és tornádók - Konvekció - Virtuális meteorológia és klíma műhely
A konvekció egy olyan fizikai mechanizmus, amely révén a hő, a lineáris lendület, a páratartalom stb. Átkerül egy bizonyos folyadékot (vizet vagy levegőt) alkotó tömeg mozgásán keresztül. Ez a fajta folyadék folyadékokban és gázokban fordul elő, mivel képesek szabadon mozogni és konvektívnek nevezett áramokat létrehozni.
A konvekció természetesen a légkörben keletkezik. Egy meleg, napos napon a nap felmelegíti a Föld felszínét. Ezt a hőt molekuláris (vezetési) és turbulens diffúzióval, valamint sugárzással továbbítják a felszínnel közvetlenül szomszédos légrétegbe. Feltéve, hogy a nap felmelegíti a talaj egy bizonyos részét (ez a valóságban azért történik, mert a különböző felületek hőteljesítményüktől, emissziós képességüktől stb. Függően egyenetlenül melegítenek; egyértelmű példa arra, hogy a tengerparton a homok jobban felmelegszik, mint az erdőben úgy teszik, hogy mezítláb járunk, és ne égessük el a lábunkat), ezt a hőt a fent leírt mechanizmusok továbbítják a felülettel érintkező levegőbe, aminek következtében tágul és csökken a sűrűsége. Ezt a folyamatot az ideális gázról szóló törvény szabályozza, amely leírja az ideális gáz nyomásának, térfogatának, hőmérsékletének és mennyiségének (molban kifejezve) kapcsolatát úgy, hogy PV = nRT (1), ahol:
- P = abszolút nyomás (atmoszférában mérve)
- V = térfogat (literben kifejezve)
- n = mol mol
- R = az ideális gázok univerzális állandója (0,082 atm L/mol K)
- T = abszolút hőmérséklet
A meteorológiában ezt a hőcseremechanizmust "légköri konvekciónak", az emelkedő légcsomagokat pedig "hőáramoknak" vagy egyszerűen "termáloknak" (angolul termáloknak) nevezik. A termálokat sok nagy ragadozó használja csúszásra (1. ábra) és felkelésre (éjszaka a hőáramok gyakorlatilag eltűnnek, és ezek a madarak nem tudnak repülni). Ez az oka annak is, hogy a madarak hajlamosak átjutni az egyik kontinensről a másikra azon az átjárón keresztül, ahol a legkevesebb tengeri út létezik. A tenger kevésbé melegszik, mint a szárazföld, ezért a termálok intenzitása jelentősen csökken. Ez történik például a Gibraltári-szorosban. A madarak, amikor télen dél felé, nyáron pedig északon keresztezik az optimális hőmérsékletet és táplálékot keresve, átkelnek ezen a szoroson, mert ez a terület a legrövidebb tengeri útvonalon Európa és Afrika között. Felemelkednek a szoros egyik oldalára, és a termáloknak köszönhetően felemelkednek, elindulnak a tengeren át, és amikor ismét elérik a partot, általában alacsonyabb magasságban vannak, sőt sokszor a vizet is lesiklik a szárazföldre. Termálok nélkül ezek a madarak nem tudtak repülni.
1. ábra: Tarifa (Cádiz) szélerőmű termikus áramlatokon felszálló gólyák csoportja, hogy átkeljenek a gibraltári szoroson afrikai vándorútjuk során.
A fent leírt mechanizmusok alapján megmagyarázunk néhány, a konvekcióval kapcsolatos légkörben lejátszódó jelenséget:
KUMULIFORM HÁZAK KIALAKULÁSA: A gomolyfelhőket a levegő konvektív mozgása képezi. A nap felmelegíti a Föld felszínét, ugyanakkor a környező levegőt felmelegíti, konvekcióval megemelkedve. Figyelembe véve az ideális gázegyenletet (1), kifejezhetjük (dQ = C v dT + pdV) (2) vagy (dQ = C p dT - Vdp) (3), és az adiabatikus feltételeket (dQ = 0) figyelembe véve két analóg egyenletek, amelyek megmutatják a függőlegesen mozgó buborék vagy légcsomag nyomásának, térfogatának és hőmérsékletváltozásának kapcsolatát. Ily módon egy emelkedő légcsomagban csökken a nyomás (növekszik a térfogat), ami lehűléshez vezet.
2. ábra: Egy jól fejlett cumulonimbus képe (Meteorológiai jelentés, 2011 AME).
A konvekció olyan fizikai jelenség, amelynek révén hő, lendület, nedvesség stb. egy adott folyadékot (vizet vagy levegőt) tartalmazó tömeg mozgása miatt szállítják. Ez a fajta folyadék folyadékokban és gázokban fordul elő, mivel szabadon mozog, és beállítja az úgynevezett konvekciós áramokat.