巨行星上大尺度潜热加热产生赤道急流
地球与行星天体物理
2015-05-14 v2
摘要
三维数值模拟表明，水汽凝结导致的大尺度潜热加热可以产生类似于气态巨行星（木星和土星）和冰巨行星（天王星和海王星）上的多支纬向急流。对于合理的水丰度（木星/土星上为太阳的3-5倍，天王星/海王星上为太阳的30倍），我们的模拟为木星和土星产生了约20支纬向急流，为天王星和海王星产生了3支纬向急流，这与在这些行星上观测到的急流数量相似。此外，这些木星/土星案例产生了赤道超转，而天王星/海王星案例产生了赤道亚转，这与在这些行星上观测到的赤道急流方向一致。敏感性测试表明，水丰度、行星自转速率和行星半径都是控制因素，其中水起着最重要的作用；适度的水丰度、大的行星半径和快的自转速率有利于赤道超转，而大的水丰度则有利于赤道亚转，无论行星半径和自转速率如何。鉴于木星和土星相对于天王星和海王星具有更大的半径、更快的自转速率以及可能更低的水丰度，我们的模拟因此为木星和土星上存在赤道超转而天王星和海王星上缺乏超转提供了一种可能的机制。尽管如此，土星提出了一个可能的难题，因为我们的模拟无法解释该行星超转急流异常高的速度（~400米/秒）。我们的模拟中的纬向急流表现出对正压和Charney-Stern稳定性准则的适度违反。总体而言，我们的模拟虽然是理想化的，但支持潜热加热在巨行星上产生急流中起着重要作用的观点。
引用
@article{arxiv.0910.3065,
title = {Generation of equatorial jets by large-scale latent heating on the giant planets},
author = {Yuan Lian and Adam P. Showman},
journal= {arXiv preprint arXiv:0910.3065},
year = {2015}
}
备注
34 pages, 19 figures. Accepted for publication in Icarus