
【建】 convection of air
air; airspace; atmosphere
【化】 air
【醫】 aer-; aero-; air; physo-
convection
【化】 convection
【醫】 convection; convection current
空氣對流(Air Convection)是大氣科學和熱力學中的核心概念,指氣體因溫度差異引起的密度變化而發生的循環運動。根據劍橋詞典的定義,對流是"熱量通過液體或氣體運動傳遞的過程"。這一現象包含三個關鍵要素:
溫差驅動:太陽輻射導緻地表受熱不均,暖空氣因密度降低而上升,冷空氣下沉補充,形成垂直方向的循環系統。美國國家氣象局的研究表明,這種溫差可達地表與高空之間20°C的梯度差異。
能量傳遞形式:區别于熱傳導的熱量分子傳遞,對流通過氣團位移完成能量輸送。國際純粹與應用物理聯合會(IUPAP)将其歸類為宏觀尺度的傳熱機制。
自然與強制類型:自然對流源于溫度差(如室内暖氣循環),強制對流由外力推動(如空調送風)。世界氣象組織數據顯示,自然對流速度可達0.1-10 m/s,強制對流可達30 m/s以上。
該過程遵循布西内斯克近似方程: $$ rho c_pleft(frac{partial T}{partial t} + mathbf{u} cdot abla Tright) = k abla T + Q $$ 其中$rho$為密度,$c_p$為定壓比熱容,$T$為溫度,$mathbf{u}$為速度場,$k$為導熱系數,$Q$為熱源項。
空氣的對流是指由于溫度差異引起的空氣垂直與水平運動現象,其核心機制是熱脹冷縮導緻的密度變化。以下是詳細解釋:
空氣對流是大氣中冷熱不均時,受熱空氣膨脹上升,較冷空氣下沉補充的循環過程。這一現象主要發生在近地面約11公裡内的對流層,是大氣運動的基礎形式。
溫度差異是主要因素,赤道地區因太陽輻射強,對流活動尤為明顯。此外,地表性質(如水域與陸地)也會影響局部對流強度。
空氣對流是天氣系統形成的關鍵機制,可引發雷暴、降水等天氣現象。同時,它也是調節地球熱量分布的重要過程。
如需更完整的科學模型或公式推導,可參考氣象學專業文獻。
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