木星大氣層和湍流

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木星大氣層和湍流之间的区别

木星大氣層 vs. 湍流

木星大氣層是太陽系內最大的行星大氣層，主要由和太陽的比例大致相同的氫分子和氦構成，其他的化學成分，包括甲烷、氨、硫化氫和水只有很少的數量。水被認為存在於大氣層的深處，所以被觀測到的數值偏低。氧、氮、硫和惰性氣體的豐度大約是太陽的三倍。 木星的大氣層沒有明確的邊界，並且逐漸轉變成為行星內部的流體。從最低處到最高處，大氣的層次為對流層、平流層、增溫層和散逸層，各層有各自的溫度梯度特徵。最底層的對流層有複雜的雲雾组成的系統，並且呈現朦朧狀，包括數層的氨、硫化氫氨和水。上層的氨雲是可見的木星表面，組織成12道平行於赤道的帶狀雲，並且被稱為噴射氣流的強大帶狀氣流（風）分隔著。這些交替的雲氣有著不同顏色：暗的雲氣稱為帶（belt），而亮的雲氣稱為區（zone）。區的溫度比帶低，是上升的氣流，而帶是下降的氣體。較淺顏色的區被认为是由氨冰形成的，但形成顏色較深的帶的物质則尚未確知。這些帶狀結構和噴流的起源也還未被瞭解，不过已存在兩種解釋的模型。淺灘模型（shallow model）認為它們是覆蓋在穩定的內部結構上的表面現象。深層模型（deep model）認為帶和噴流是被組織成一定數量的圓柱體，是深入至深層木星地函的氫分子循環顯示在木星的表面。 木星的大氣層顯示廣泛的活動現象，包括不穩定的帶狀物、旋渦（氣旋和反氣旋）、風暴和閃電。旋渦自身會呈現巨大的紅色、白色或棕色的斑點（長圓形），最大的兩個斑點是大紅斑（GRS）和也是紅色的BA橢圓。這兩個和許多其他的大斑點都是反氣旋，較小的反氣旋傾向於白色，旋渦被認為深度不會超過數百公里，相對來說是較淺的結構。位於南半球的大紅斑，是太陽系中已知最大的旋渦，它可以容下數個地球，並且已經至少存在了300年。BA橢圓在大紅斑的南邊，大小是大紅斑的三分之一，是在2000年由3個白色的橢圓合併形成的紅斑。 木星有威力強大、經常伴著閃電的風暴。風暴是潮濕的大氣對流造成水的蒸發和結露造成的結果。他們是強大上升氣流的啟動源，形成明亮和濃厚的雲層。風暴主要形成在帶的區域。木星上有少數的閃電遠比地球的更具威力，但是平均的活動水準只是可以和地球上的不相上下。. 湍流（turbulence），也稱為紊流（大陆地区的旧称），是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为--、扰流或紊流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re＜2100为层流状态，Re＞4000为湍流状态，Re＝2100～4000为过渡状态。 在管路设计中，湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在热交换器或者反应器设计中，湍流反而有利于热传递或者充分混合。 有效地描述湍流的性质，至今仍然是物理学中的一个重大难题。.