近轨道陆地行星的三维气候模拟：环流模式、气候湿润双稳态与宜居性

经典宜居带的内边缘通常由触发失控温室不稳定性所需的临界通量来定义。然而，这种关于临界通量的一维概念对于非均匀辐照的行星或水含量有限的行星（陆地行星）可能并不那么相关。在此，基于我们三维全球气候模型的结果，我们发现当赤道罗斯贝变形半径显著超过行星半径时，环流模式可以从超旋转转变为恒星/反恒星环流。利用解析和数值论证，我们还证明了由一维或三维模拟预测的平均表面温度或温度剖面之间存在系统性偏差。通过包含完整的水循环模拟，我们进一步证明，对于位于经典宜居带内边缘以内的陆地行星，可能存在两种稳定的气候机制。一种是经典的失控状态，另一种是水被捕获在永久冷阱中的坍缩状态。我们将这种“湿润”双稳态确定为水蒸气温室效应与其凝结之间竞争的结果。我们还展示了显示这两种状态可观测特征的综合光谱。以处于该机制下的两颗原型行星 Gl581c 和 HD85512b 为例，我们认为它们可能在其表面积累了大量的水冰。如果存在如此厚的冰盖，重力驱动的冰流和地热通量应会发挥作用，从而在冰盖边缘和/或底部产生长期存在的液态水。因此，不能排除轨道距离小于经典宜居带内边缘的行星的宜居性。处于该机制下的凌日行星是 EChO 和 JWST 等未来观测站的有希望的目标。