GJ1214b大气的三维建模：由反哈得来环流驱动的垂直混合

GJ1214b是一颗绕邻近M矮星凌星的温暖亚海王星。近期观测表明存在高空厚云或霾，其出现需要强大气混合。为理解此类云/霾的传输与分布，我们使用三维通用环流模型（针对无云氢主导大气（金属度为太阳值的1、10和100倍）以及水主导大气）研究了GJ1214b的大气环流与垂直混合。我们分析了大气金属度对热结构和纬向风的影响。我们还分析了纬向平均经向环流，表明其在大部分大气中对应于一种反哈得来环流，平均而言在中纬度上升、赤道下沉。该环流必然广泛存在于同步旋转系外行星上，对云的形成与分布有强烈影响。利用简单示踪物，我们表明GJ1214b上的垂直风足以强到抬升微米级颗粒，且反哈得来环流导致赤道处示踪物最少。我们发现垂直混合强度随金属度增加。我们推导了一维等效涡流扩散系数，并得到简单参数化：从太阳金属度下的 Kzz=7x10^2xP_{bar}^{-0.4} m^2/s 到100倍太阳金属度下的 Kzz=3x10^3xP_{bar}^{-0.4} m^2/s。这些值应有利于GJ1214b高层大气中光化学霾的有效形成。