Loading article…
流体力学において、対流セルとは、液体または気体の物体内に密度差がある場合に発生する現象である。これらの密度差により、対流セルの主な特性である上昇対流および/または下降対流が発生する。ある体積の流体が加熱されると、膨張して密度が低くなり、周囲の流体よりも浮力が大きくなる。流体の冷たくて密度の高い部分は下降して、温かくて密度の低い流体の下に定着し、これにより温かくなった流体が上昇する。このような動きは対流と呼ばれ、移動する液体の物体は対流セルと呼ばれる。水平層の流体が下から加熱されるこの特定のタイプの対流は、レイリー・ベナール対流として知られている。対流には通常、重力場が必要であるが、微小重力実験では、重力の影響なしに熱対流が観察されている。[1]
流体は流動特性を示す物質として一般化されますが、この挙動は液体に特有のものではありません。流体特性は気体や粒状固体（砂、砂利、岩盤崩落時の大きな物体など）でも観察されます。
対流セルは、エネルギーの放出と輸送により、雲の形成において最も顕著です。空気が地面に沿って移動すると、熱を吸収し、密度が失われ、大気中へ上昇します。空気が気圧の低い大気中に押し出されると、低高度ほど多くの液体を含むことができず、湿った空気が放出され、雨が降ります。このプロセスで、暖かい空気が冷やされ、密度が増して地面に向かって落下し、セルはこのサイクルを繰り返します。
対流セルは、地球の大気（ハドレーセルと呼ばれる）、沸騰水、スープ（米粒などの粒子を運ぶことで対流セルを識別できる）、海洋、太陽の表面など、あらゆる流体で形成される可能性があります。対流セルのサイズは、主に流体の特性によって決まります。流体の加熱が均一な場合でも、対流セルが発生する可能性があります。
プロセス
上昇する流体は、冷たい表面に遭遇すると、直接的に冷たい液体と熱を交換するとき、または地球の大気の例では熱を放射するときに、熱を失います。ある時点で、流体は、まだ上昇しているその下の流体よりも密度が高くなります。流体は上昇する流体を通って下降できないため、一方に移動します。ある距離で、その下向きの力がその下の上昇する力を上回り、流体は下降し始めます。下降するにつれて、表面との接触または伝導性によって再び温まり、サイクルが繰り返されます。
地球の対流圏内
雷雨
暖かい空気は冷たい空気よりも密度が低いため、暖かい空気は冷たい空気の中を上昇します。 [2]これは熱気球に似ています。[3] 雲は、水分を運ぶ比較的暖かい空気が冷たい空気の中を上昇することで形成されます。湿った空気が上昇するにつれて冷却され、上昇する空気の塊内の水蒸気の一部が凝結します。[4] 水分が凝結すると、蒸発潜熱と呼ばれるエネルギーが放出され、これにより上昇する空気の塊は周囲の空気よりも冷却されにくくなり、[5]雲の上昇が続きます。大気中に十分な不安定性が存在する場合、このプロセスは積乱雲が形成されるまで継続し、雷鳴や雷鳴を引き起こします。一般に、雷雨が形成されるには、水分、不安定な気団、および揚力（熱）の3つの条件が必要です。
雷雨は種類に関係なく、3つの段階を経ます。「発達段階」、「成熟段階」、「消滅段階」です。[6] 平均的な雷雨の直径は24 km (15 マイル) です。[7]大気の状態によって異なりますが、これらの3つの段階を経るには平均30分かかります。[8]
断熱過程
下降する空気の圧縮によって生じる加熱は、チヌーク（北アメリカ西部で知られている）やフェーン（アルプス山脈） などの冬の現象の原因です。
太陽の中で
太陽の光球は、平均直径約 1,000 キロメートルの超高温 (5,800 °C) のプラズマが上昇する柱である、顆粒と呼ばれる対流細胞で構成されています。プラズマは上昇するにつれて冷却され、顆粒間の狭い空間で下降します。
参考文献
- ^ Yu. A.Gaponenko および VE Zakhvataev、「非均一加熱による微小重力下の非ブシネスク熱対流」
- ^ Albert Irvin Frye (1913). Civil engineers' Pocket Book: a reference-book for engineers, contractors. D. Van Nostrand Company. p. 462 . 2009-08-31閲覧。
- ^ Yikne Deng (2005). 古代中国の発明. 中国国際出版社. pp. 112–13. ISBN 978-7-5085-0837-5. 2009年6月18日閲覧。
- ^ FMI (2007)。 「霧と層雲 – 気象物理的背景」。気象学と地球力学のための中央都市。2009 年 2 月 7 日に取得。
- ^ クリス・C・ムーニー（2007年）「嵐の世界：ハリケーン、政治、そして地球温暖化をめぐる戦い」ホートン・ミフリン・ハーコート、p. 20。ISBN 978-0-15-101287-9. 2009年8月31日閲覧。
- ^ Michael H. Mogil (2007).極端気象. ニューヨーク: Black Dog & Leventhal Publisher. pp. 210–211. ISBN 978-1-57912-743-5。
- ^ ピーター・フォルガー（2011年4月10日）。米国における激しい雷雨と竜巻。DIANE Publishing。16ページ。ISBN 978-1-4379-8754-6。
- ^ National Severe Storms Laboratory (2006-10-15). 「A Severe Weather Primer: Questions and Answers about Thunderstorms」.アメリカ海洋大気庁. 2009-08-25 にオリジナルからアーカイブ。2009-09-01に閲覧。