Конвективный перенос и его влияние на атмосферу и звезды
Convective overshoot
Конвективный перехлёст: явление в атмосфере, вызывающее турбулентность для авиации. Объясняем причины, высоту максимального подъема и влияние на полеты.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Конвекционный переброс — это явление, при котором конвекция переносит вещество за пределы неустойчивого слоя атмосферы в стратифицированный, устойчивый слой. Переброс обусловлен импульсом перемещающегося вещества, который выносит его за пределы неустойчивого слоя.
Convective overshoot is a phenomenon of convection carrying material beyond an unstable region of the atmosphere into a stratified, stable region. Overshoot is caused by the momentum of the convecting material, which carries the material beyond the unstable region.
Глубокая, влажная конвекция в атмосфере Земли
Одним из примеров являются тепловые колонны, простирающиеся выше вершины равновесного уровня (EL) в грозовых облаках: нестабильный воздух, поднимающийся с (или вблизи) поверхности, обычно прекращает подъем на EL (около тропопаузы) и распространяется в виде наковальни. Однако при сильном восходящем потоке нестабильный воздух переносится выше EL, образуя перелив или купол. Воздушная масса прекратит подъем на максимальном уровне подъема (MPL). Этот перелив является причиной большей части турбулентности, испытываемой во время крейсерского полета коммерческих авиарейсов.
One example is thermal columns extending above the top of the equilibrium level (EL) in thunderstorms: unstable air rising from (or near) the surface normally stops rising at the EL (near the tropopause) and spreads out as an anvil cloud; but in the event of a strong updraft, unstable air is carried past the EL as an overshooting top or dome. A parcel of air will stop ascending at the maximum parcel level (MPL). This overshoot is responsible for most of the turbulence experienced in the cruise phase of commercial air flights.
Звездная конвекция
Конвекционное перетекание также происходит на границах конвекционных зон в звездах. Примером этого является основание конвективной зоны во внутреннем строении Солнца. Тепло термоядерного синтеза Солнца переносится наружу излучением в глубокой радиационной зоне и конвективной циркуляцией во внешней конвективной зоне, однако охлаждающееся опускающееся вещество с поверхности проникает глубже в радиационную зону, чем предсказывают теоретические модели. Это влияет на скорость теплопередачи и температуру недр Солнца, которые могут быть косвенно измерены с помощью гелиосейсмологии. Слой между конвективной и радиационной зонами Солнца называется тахоклином. Перетекание может оказывать более заметное влияние на эволюцию звезд с конвективным ядром, таких как звезды средней и большой массы. Конвективное вещество, перетекающее за пределы ядра, смешивается с окружающим веществом, вызывая проникновение части окружающего вещества в ядро. В результате масса ядра в конце главной последовательности может оказаться больше, чем следовало бы ожидать. Это приводит к значительным различиям в поведении звезд на стадиях субгиганта и гиганта для звезд средней массы и к радикальным изменениям в эволюции массивных сверхгигантов.
Convective overshoot also occurs at the boundaries of convective zones in stars. An example of this is at the base of the convection zone in the solar interior. The heat of the Sun's thermonuclear fusion is carried outward by radiation in the deep interior radiation zone and by convective circulation in the outer convection zone, but cool sinking material from the surface penetrates farther into the radiative zone than theory would suggest. This affects the heat transfer rate and the temperature of the solar interior which can be indirectly measured by helioseismology. The layer between the Sun's convective and radiative zone is called the tachocline. Overshooting can have more pronounced effects on the evolution of stars that have a convective core, such as intermediate and high mass stars. Convective material that overshoots beyond the core mixes with the surrounding material, causing some of the surrounding material to mix into the core. As a result, the core mass at the end of the main sequence can be larger than would otherwise be expected. This leads to big differences in behaviour on the subgiant and giant branches for intermediate mass stars, and to radical changes in the evolution of massive supergiant stars.