温带亚海王星的大气动力学 I：干动力学

亚海王星（半径介于 2 至 4 R$_{\oplus}$ 的行星）在 M 型矮星周围大量存在，然而这些行星的大气动力学相对未被探索。本文旨在为一般低平均分子量、温带亚海王星大气的干动力学提供基础支撑。我们使用 ExoFMS GCM 与理想化灰气辐射方案，以 K2-18b 的大气为对照，模拟具有不同恒星辐照水平与自转速率的行星大气。我们发现，潮汐锁定的温带亚海王星因其缓慢的自转速率与氢主导成分而具有微弱的水平温度梯度。纬向风结构由角动量守恒驱动的高纬度旋衡急流主导。在低压处我们观测到超旋转赤道急流，我们提出其由 Rossby-Kelvin 不稳定性驱动，类似于在具轴对称强迫的理想化大气模拟中所见类型。通过在潮汐锁定坐标中观察流动，我们发现主要的翻转环流位于昼侧与夜侧之间，并推导出将潮汐锁定流函数与垂直速度与恒星辐照联系起来的标度关系。将我们的结果与唯一另一项 K2-18b 的 GCM 研究比较，我们发现动力学上存在显著的定性差异，突显了进一步协作及探究不同动力核与物理参数化效应的必要。本文为研究温带亚海王星的干动力学提供了基线，第二部分将在引入湿效应基础上展开。