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擴散


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擴散 dirrusion M116
擴散 01 Diffusion M0000
在氣象學中,指空間個區內流體質點之交換 (以及因此造成保守性物質之輸送 ), 該項交換顯見為隨機之運動,其幅度因太小至無法藉「運動方程」(Equation of motion)處理。 其基本假設,即「交換係數」(Exchange coefficient)之假設,為某一方向之特質q 之
淨輸送係與該方向「梯度」(Gradient)成正比。因此擴散效應係藉擴散減低其梯度而使該特質成均勻分佈。在笛卡兒坐標中,控制此程序之方程為:   δq/δt= (δ/ δx)(Kx*δq/δx)+ δ/ δy(Ky* δq/δy)+(δ/ δz)(Kx*δq/δz),
式中Kx, Ky, Kz為坐標軸方向之「擴散係數」(Diffusivities), 如擴散為各向同性亦即與方向無關,則可化為一簡單之擴散係數 k, 並假定為常數。如流體中無平均運動,則全
導數簡化為局部導數。擴散方程成為:   δq/δt=K ▽**2q, 此即所謂「費金方程」(Fickian equation), 式中▽**2 為「拉普拉斯算子」(Laplaci
anoperator), (此方程可為一度,二度或三度空間。) 此等方程被廣泛地應用於數學物理中, 特別是在分子運動上。 氣象上,動量 (黏滯性) 、渦旋度、水汽、熱量傳導及大氣混合物之氣體部份等之擴散
均曾作廣泛之研究。擴散此等特性之大氣運動在多數情形下其幅度均遠大於下例三種幅度,即分子運動,稱為「渦流」(Eddies)之氣塊運動,以及藉類似法延展至「渦動擴散」(Turbulent diffusion) 之擴散方程。雜亂運動之假定可能有問題,因其與牛頓定律所控制之運動
動力學不相符合,故過動擴散之每一種應用需要作觀上之證實。
擴散 02 Diffusion M0000
一項需要擴散特例為「強迫擴散」(Forced diffusion), 係在擴散場受到一平均加速度時出現之;例如,在電場中之游子連動。擴散程序更可因在擴散進行中,其特性之「源」(
擴散力 diffusive forces
擴散方程 diffusion equation
擴散平衡 diffusive equilibriu
擴散係數 Diffusivity (Coeffic M0000
特性擴散率的一種度量,在擴散方程中以K 示之, δq/δt=k ▽**2q,
式中q 為被擴散之特性量,▽**2 為拉普拉斯算子。擴係數之因次為長度乘以速度,其值隨被擴散之特性量而異,對某一特量而言,可視為常,或為溫度、空間等之函數,視上下文的說法而定。在在討論分子擴散時,以分子之「平均自由路徑 (Mean free path) 為長度
因次。同理,在討論渦流擴散時,氣度因次應為「混合長度」(Mixing length) , 此時之係數為渦流擴散係數,較分子擴散係數通常大好幾量級。 ☆見:「傳導係數」(Conductivity), 「動黏度」(Kinematic viscosity), 「交換係
數」(Exchange coefficients),「輻射擴散係數」(Radiative diffusivity) 。
擴散速度 Diffusion velocity M0000
1.在氣態大氣內,一選定氣體在進行「擴散」(Diffusion) 時之相對平均分子速度,通常將大氣視同氮氣 (N2) 大氣。擴散速度為一分子現象,隨氣體之濃度,壓力及溫度梯度而變。
☆參考:Lettau, H., in Compendium of Meteorology, 1951, pp. 320-321. 2.「渦動」(Turbulence)擴散過程進行之速度或速率,顯示個別「渦流」(Eddies)運動。
擴散圖 diffusion diagram
擴散鋒 Diffuse front M0000
一種「鋒」(Front), 兩邊之風變與溫度變化之特性不甚明顯。
擴散濕度計 diffusion hygrometer