用于三维 GCM 的带净反应迷你化学方案 I.：热化学动力学
地球与行星天体物理
2022-08-10 v1 计算物理
摘要
越来越多的证据表明，全球成分分布在对观测数据的解读中起着无可争议的作用。具备可靠化学与云处理的三维大气环流模型（GCM）对于筹备即将到来的观测尤为关键。在实现三维化学-气候建模的努力中，挑战主要在于处理大量化学物种和反应所需的高昂计算能力。受对稳健且计算高效的化学方案需求的驱动，我们设计了一个用于 H 主导大气的、具有最少物种和反应数量的迷你化学网络。我们应用一种新技术，通过以净反应替代大量中间反应，从完整动力学模型——VULCAN 简化化学网络。化学物种数量从 67 削减至 12，保留了具有热学与观测重要性的主要物种，包括 HO、CH、CO、CO、CH、NH 和 HCN。总反应规模从约 800 大幅缩减至 20。该迷你化学方案通过验证时间演化，并在四颗系外行星大气（GJ 1214b、GJ 436b、HD 189733b、HD 209458b）中将预测成分与 VULCAN 完整动力学进行基准比对而得到验证。在 1 bar–0.1 mbar 压力范围内、跨越不同金属度和碳氧（C/O）比，其对主要物种的化学时标和成分分布的重现误差在完整动力学的一个数量级以内。迷你化学方案的小规模允许简单使用和快速计算，非常适合在三维 GCM 或反演框架中实现。本文我们聚焦于净反应的热化学动力学，并在后续论文中讨论光化学。
引用
@article{arxiv.2204.04201,
title = {A Mini-Chemical Scheme with Net Reactions for 3D GCMs I.: Thermochemical Kinetics},
author = {Shang-Min Tsai and Elspeth K. H. Lee and Raymond Pierrehumbert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.04201},
year = {2022}
}
备注
9 pages, 5 figures, accepted for publication in A&A