纯蒸汽大气的对流建模

可凝结物种在塑造行星气候中至关重要。广泛的行星气候系统涉及理解非稀释可凝结物质及其对气候动力学的影响。在大规模动力学效应和一维对流参数化方面已取得进展，但在非稀释条件下已分辨的三维湿对流仍未被探索，尽管它可能对温度/湿度廓线和云结构产生深远影响。我们利用表面水库已耗尽的后失控大气中三维高分辨率对流数值模拟，针对纯蒸汽大气解决此问题。我们表明，该大气由两个特征区域组成：由重力波主导的上层凝结区，以及以对流翻转胞为特征的下层非凝结区。凝结区中的速度远小于下层非凝结区，且整体水平温度变化很小。热光球层中的凝结主要由辐射冷却驱动，并趋于统计均匀。部分凝结也发生在更深处、靠近凝结区边界处，由重力波和对流穿透触发，并表现出随机斑块性。这一定性结构对模型参数变化不敏感，但定量细节可能不同。我们的结果证实了理论预期，即接近纯蒸汽极限的大气在凝结区中没有组织化的深对流羽流。Ding & Pierrehumbert (2016) 中讨论的广义对流参数化方案适用于处理接近纯蒸汽极限大气的基本结构，但难以捕捉三维对流解析模型中出现的重力波及其混合。