(1, natuurkunde) is één van de wijzen, waarop een heet lichaam warmte kan afstaan aan de omgeving en wel doordat de tegen het lichaam aanliggende luchtlagen verwarmd worden, daardoor gaan stijgen en vervangen worden door koudere lucht, die weer warmte afneemt van het warme lichaam enz. Deze warmteoverdracht door convectie is vaak sterker dan door geleiding of straling.
Ook andere grootheden, bijv. electrische ladingen of chemische stoffen, kunnen zich door convectie verplaatsen, waaronder men dan altijd verstaat, dat ze door (andere) materie meegetransporteerd worden.
(2, meteorologie) zijn de verticale bewegingen van luchthoeveelheden, die een gevolg zijn van statistische onstabiliteit in de atmosfeer (z stabiliteit in de atmosfeer). Bij horizontale beweging spreekt men in de meteorologie van advectie en niet van convectie. Ten gevolge van deze onstabiliteit zal een luchthoeveelheid van beperkte horizontale afmetingen (variërend van enige tientallen meters tot enige kilometers) door een geringe opstijging lichter worden dan haar omgeving en daardoor verder stijgen. Wanneer de vochtigheid van de opstijgende lucht groot genoeg is, zal de waterdamp gedeeltelijk condenseren, waardoor een zgn. convectieve wolk ontstaat. Convectieve bewolking onderscheidt zich in het algemeen door een sterke verticale ontwikkeling en wordt ook wel cuneiforme bewolking genoemd (z cumulus, cumulonimbus).
Ten slotte kan een bui ontstaan.
De onstabiliteit van de atmosfeer is dikwijls een gevolg van verhitting van de bodem. Aangezien de onstabiliteit sterker zal zijn, naarmate het aardoppervlak een hogere temperatuur bezit, zal het optreden van convectieve bewolking in het algemeen een sterke correlatie vertonen met de gesteldheid van de bodem. Zo zal cumuliforme bewolking bij voorkeur ontstaan boven een zandvlakte en minder boven weiland. Hier ligt ook de oorzaak van het feit, dat vlakke eilanden overdag vaak reeds op grote afstand te herkennen zijn aan de zich er boven bevindende bewolking.
Met deze voor convectie gunstige verhitting van de bodem hangt ook samen, dat convectie en convectieve bewolking vooral op lage geografische breedte en in het zomerhalfjaar voorkomen (z luchtmassa). Is de bodem homogeen van samenstelling en zijn de onderste lagen der atmosfeer onstabiel gelaagd, dan zal de convectie zich ontwikkelen volgens een regelmatig patroon [Bènardse cellen, z wolken). Stijgwindgebieden wisselen dan regelmatig af met daalwinigebieden. Men vindt dit bijv. boven zee en ook wanneer zich onstabiele lagen voordoen in de hogere luchtlagen (z altocumulus, cirrocumulus). Evenzeer als door verwarming van onderen kan convectie ook ontstaan door afkoeling van boven, of door aanvoer van koude lucht boven een warmere onderlaag. Dit laatste treedt bijv. op bij kou-invallen in de bovenlucht of bij aanvoer van koude lucht over warmer water, zoals o.a. in de herfst valt waar te nemen aan de voorkeur waarmee buien ontstaan boven het — dan nog betrekkelijk warme — zeewater.
De verticale snelheden, die bij convectie voorkomen, kunnen van minder dan een meer tot enige tientallen meters per seconde variëren. Grote snelheden komen vooral voor bij onweersachtige toestanden, wanneer geweldige cumulonimbi in de atmosfeer omhoogschieten. Deze grote verticale snelheden vormen een van de gevaren, die onweer voor de luchtvaart met zich meebrengt.
Thermiek
Wanneer de snelheden zich echter beperken tot enige meters per seconde, maakt de luchtvaart juist gebruik van de convectie. In de zweefvliegtuigsport is een van de belangrijkste methoden om in de atmosfeer hoogte te winnen die, welke van deze door onstabiliteit veroorzaakte stijgwinden gebruik maakt. Een normaal zweeftoestel daalt ongeveer met een snelheid van 1 m/sec ten aanzien van de omringende lucht. Een convectieve stijgwind van 3 m/sec, een normale waarde, doet het zweefvliegtuig dus 2 meter per seconde aan hoogte winnen.
De zweefvlieger spreekt hierbij van thermiek, zulks in verband met het feit, dat de voor hem belangrijkste convectie (die in de onderste paar kilometers) in het algemeen een gevolg is van verhitting van het aardoppervlak. Men kan onderscheiden tussen droge thermiek en natte thermiek. In het eerste geval stijgen de luchthoeveelheden (door de zweefvlieger veelal luchtbellen genoemd) op zonder dat condensatie plaats vindt. In dit geval is de stijgwind dus niet zichtbaar; het benutten van droge thermiek eist dan ook een vrij grote ervaring van de zweefvlieger. Veel steun kan hij ondervinden van een nauwlettende bestudering van het aardoppervlak onder hem.
Boven zandgrond zal immers eerder een luchtbel loslaten dan boven een vochtig stuk land, waar de temperatuur lager zal blijven. Een bijzondere vorm van droge thermiek vindt men in de avond en nacht boven steden (stadthermiek). Het land om de stad heen koelt na het ondergaan van de zon sneller af dan de stad zelf, waardoor deze laatste relatief warm wordt en de warmere lucht boven de stad opstijgt. Is de vochtigheid van de lucht zo groot, dat in de opstijgende luchtbel convectieve bewolking ontstaat, dan spreekt de zweefvlieger van natte thermiek. In dit geval is de opstijgende luchtstroom dus wel „zichtbaar”.
Bij natte thermiek kan de zweefvlieger zich ophouden in de stijgende luchtstroom onder de eigenlijke wolk ofwel hij kan gebruik maken van de stijgwinden, die in de wolk zelf worden aangetroffen. In dit laatste geval zal hij over blindvlieg-instrumenten moeten beschikken. Ook bij natte thermiek onderscheidt men enige speciale soorten: buienthermiek, wanneer uit de convectieve bewolking buien vallen, en frontthermiek wanneer de convectieve bewegingen langs een koufront ontstaan.
Uit het voorgaande moge volgen, dat de vraag of zich op een bepaalde dag thermiek zal voordoen, samenhangt met de vraag of de onderste paar kilometers van de atmosfeer die dag stabiel of onstabiel zullen zijn gelaagd. Dit hangt samen met de windrichting en de luchtmassa. Bijzondere aandacht verdient nog de vraag, hoe de in een onstabiele luchtlaag opstijgende luchtbel precies van het aardoppervlak loslaat. Ons inzicht in dit probleem is aanmerkelijk verdiept door onderzoekingen, die door zweefvliegers zijn gedaan.
Het bleek dat het voor het loslaten van een door contact met het aardoppervlak verhitte luchthoeveelheid nodig is, dat kleine storingen worden aangebracht, waardoor de laag als het ware van het aardoppervlak wordt „losgesneden” en als bel opstijgt. Dergelijke storingen zijn voortdurend aanwezig door de turbulente structuur van de wind. Hoe krachtiger en hoe buiiger de wind is, hoe frequenter verhitte luchtlagen zullen worden losgesneden. Het blijkt dat de bellen kleiner worden, naarmate ze elkaar sneller opvolgen.
Aangezien de stijgsnelheden in een grotere bel bij dezelfde opbouw van de atmosfeer groter zijn dan in een kleinere bel en bovendien de zweefvlieger bellen boven bepaalde minimale horizontale afmetingen nodig heeft, om in het stijgwindgebied te kunnen rondcirkelen, volgt hieruit, dat krachtige wind ongunstig is voor „thermisch zweven”. Merkwaardig is nog, hoe behendige zweefvliegers hun eigen bel lossnijden, door vlak over het verhitte aardoppervlak te scheren, snel te wenden en dan in de losgesneden stijgwind verder te stijgen.
DR F. H. SCHMIDT
Lit.: W. Bleeker, J. H. Heierman en F.
H. Schmidt, De meteorolog. grondslagen v. h. zweefvliegen (1948) (z ook stabiliteit in de atmosfeer).
