Meteorologie - Convecție și tornade - Convecție - Atelier virtual de meteorologie și climă

Convecția este un mecanism fizic prin care căldura, impulsul liniar, umiditatea etc., sunt transportate prin mișcarea masei care alcătuiește un anumit fluid (apă sau aer). Acest tip de transport are loc în lichide și gaze datorită capacității lor de a se deplasa liber și de a stabili curenți pe care îi numim convective.

Convecția apare în mod natural în atmosferă. Într-o zi caldă și însorită, soarele încălzește suprafața Pământului. Această căldură este transmisă stratului de aer imediat adiacent suprafeței prin difuzie moleculară (conducție) și turbulentă, precum și prin radiații. Presupunând că soarele încălzește o anumită porțiune a solului (acest lucru se întâmplă în realitate, deoarece diferitele suprafețe se încălzesc inegal în funcție de capacitatea lor de căldură, emisivitate etc.); un exemplu clar este modul în care nisipul de pe plajă se încălzește mai mult decât pădurile care se pun astfel încât să mergem desculți și să nu ne ardem picioarele), această căldură este transmisă aerului în contact cu suprafața prin mecanismele descrise mai sus, determinându-l să se extindă și să-i scadă densitatea. Acest proces este guvernat de legea gazului ideal, care descrie relația dintre presiune, volum, temperatură și cantitate (în moli) a unui gaz ideal, astfel încât PV = nRT (1), unde:

P = presiunea absolută (măsurată în atmosfere)

V = volum (exprimat în litri)

n = moli de gaz

R = constanta universală a gazelor ideale (0,082 atm L/mol K)

T = temperatura absolută

În meteorologie, acest mecanism de schimb de căldură se numește „convecție atmosferică”, iar pachetele de aer în creștere sunt numite „curenți termici” sau pur și simplu „termale” (termale în engleză). Termicele sunt folosite de mulți rapitori mari pentru a aluneca (Figura 1) și a se ridica (în timpul nopții curenții termici practic dispar și aceste păsări nu pot zbura). Este, de asemenea, motivul pentru care păsările tind să treacă de la un continent la altul prin pasajul unde există cea mai mică rută maritimă. Marea se încălzește mai puțin decât pământul, astfel încât termicele își micșorează considerabil intensitatea. Așa se întâmplă, de exemplu, în strâmtoarea Gibraltar. Păsările, care trec spre sud iarna și nordul vara în căutarea temperaturilor și hranei optime, traversează această strâmtoare deoarece este zona cu cea mai scurtă rută maritimă între Europa și Africa. Se ridică într-o parte a strâmtorii și urcă grație termicelor, își încep drumul peste mare și când ajung din nou la coastă, de obicei se află la o înălțime mai mică, chiar și de multe ori ajung pe uscat „scotocind apa”. Fără existența termicelor, aceste păsări nu ar putea să fugă.

Figura 1. Grup de berze care cresc pe curenții termici din parcul eolian din Tarifa (Cádiz) pentru a traversa strâmtoarea Gibraltar în călătoria lor migratorie către Africa.

Pe baza mecanismelor descrise mai sus, sunt explicate unele fenomene care au loc în atmosferă legate de convecție:

FORMAREA NUVILOR CUMULIFORMI: Norii cumuliformi se formează prin mișcări convective ale aerului. Soarele încălzește suprafața Pământului, provocând în același timp încălzirea aerului înconjurător, provocând creșterea acestuia prin convecție. Având în vedere ecuația gazului ideal (1), putem exprima (dQ = C v dT + pdV) (2) sau (dQ = C p dT - Vdp) (3) și având în vedere condițiile adiabatice (dQ = 0) obținem două analoage ecuații care arată relația dintre variațiile de presiune, volum și temperatură dintr-o bulă sau pachet de aer care se mișcă vertical. În acest fel, într-o coletă de aer în creștere există o scădere a presiunii (creșterea volumului) care duce la răcire.

Figura 2. Imaginea unui cumulonimbus bine dezvoltat (Raport meteorologic 2011 AME).

Convecția este un fenomen fizic prin care căldura, impulsul, umezeala etc. este transportat datorită mișcării masei cuprinzând un anumit fluid (apă sau aer). Acest tip de transport are loc în lichide și gaze datorită capacității sale de a se deplasa liber și setează așa-numiții curenți convectivi.