土星大气的全球气候模拟。第二部分:多年高分辨率动力学模拟
地球与行星天体物理
2019-08-02 v3 大气与海洋物理
摘要
Cassini任务揭示了土星大气中剧烈且多样的活动:带状急流、波动、涡旋、赤道振荡。为了更好地理解这些现象,我们进行了土星大气动力学的多年高分辨率数值模拟。我们构建了一个用于土星的新全球气候模型(GCM),名为Saturn DYNAMICO GCM,它将为土星定制的辐射-季节模型与基于适合大规模并行架构的二十面体网格的水动力求解器相结合。在考虑采用经纬度分辨率的Saturn DYNAMICO GCM参考模拟进行分析之前,我们在模型中检验了数值耗散的影响以及角动量守恒。我们的模型再现了与观测相似的中纬度带状急流。这些急流由涡动动量向平均流的传输加速和维持,其动量通量大小与观测值一致。涡动活动在时间上并非规则分布,而是以突发形式出现;正压和斜压不稳定性都可能在涡动活动中起作用。急流出现的稳态纬度由我们模型自旋加速期间的极向迁移控制。在赤道,我们的GCM模拟得到了弱超旋转对流层急流和垂直堆叠的交替平流层急流。该模型在赤道产生Yanai(罗斯贝-重力)、罗斯贝和开尔文波,以及温带罗斯贝波和极区大尺度涡旋。要再现土星强大的超旋转急流和对流层六边形的极地急流,以及向下传播的赤道平流层振荡,仍存在挑战。
引用
@article{arxiv.1811.01250,
title = {Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part II: multi-annual high-resolution dynamical simulations},
author = {Aymeric Spiga and Sandrine Guerlet and Ehouarn Millour and Mikel Indurain and Yann Meurdesoif and Simon Cabanes and Thomas Dubos and Jérémy Leconte and Alexandre Boissinot and Sébastien Lebonnois and Mélody Sylvestre and Thierry Fouchet},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.01250},
year = {2019}
}
备注
68 pages, 23 figures, published in Icarus https://doi.org/10.1016/j.icarus.2019.07.011