由云辐射反馈驱动的棕矮星与直接成像系外行星的大气环流:全球与赤道动力学

棕矮星与直接成像系外行星表现出活跃大气环流的观测证据,引发了关于环流驱动机制、其基本性质与时间变率的紧要问题。我们此前的工作利用假设笛卡尔几何与恒定科里奥利参数的局部模型,论证了云辐射反馈在驱动强烈大气环流中的关键作用。在本研究中,我们探究全球动力学的性质。我们表明,在模型底层相对强耗散下,各向同性水平涡旋盛行于中高纬度,而大尺度纬向传播波在可观测层附近的低纬度占主导。赤道波同时具有向东与向西的相速度,典型速度为数百m/s的向东分量通常主导赤道时间变率。全球模拟的光变曲线显示出振幅为0.5%至百分之几的变率,取决于自转周期与观测视角。模拟光变曲线的时间演化受赤道波的关键影响,表现出波拍频效应以及光变周期相对于内禀自转周期的差异。云的垂向范围在赤道最大,并因旋转影响随纬度增加而向极地减小。在较弱底层耗散下,强而宽的纬向急流发展并改变波传播与光变曲线变率。我们的模拟结果有助于解释观测光变曲线令人困惑的时间演化、红外波段比射电波段略短的变化周期,以及变率振幅与红外颜色的视角依赖性。