木星的非凡喷流：一种无需大尺度耗散即可实现统计稳态的新型湍流模型
摘要
关于木星的一个长期未解之谜是其天气层喷流的平直性与稳定性，这与地球上的强喷流截然不同——后者具有典型的非稳态特征和长波长蜿蜒。本文分两步解决该问题。首先，认真对待经典的 Dowling-Ingersoll (DI) 1.5 层模型及其支持性观测证据，该模型指向下方干对流层中深层、大质量、纬向对称的纬向喷流。其次，在 1.5 层动力学框架内，尽可能改进用于表征木星湿对流效应的模型随机强迫的真实性。真实的湿对流应在界面最高且最冷的带区最强，并应同时产生气旋和反气旋，且反气旋系统性更强。新的模型强迫反映了这些认识。此外，该强迫以准摩擦方式作用于大尺度，从而在无需显式大尺度耗散的情况下产生统计稳态的湍流天气层状态，且由于深层喷流的影响，天气层喷流近似平直，在罗斯贝变形半径不太大时，即使位涡梯度非单调也能保持剪切稳定性。中等强度的强迫产生混沌涡旋动力学，并通过涡旋引起的天气层喷流相对深层喷流的锐化和增强，倾斜二者之间的界面，从而在模型的对流活动中产生逼真的带区-区域对比。弱强迫下，唯一的喷流锐化机制是涡旋的被动（开尔文）剪切（如“CE2”或“SSST”理论），这会产生不逼真的带区-区域对比。
引用
@article{arxiv.1412.4684,
title = {Jupiter's unearthly jets: a new turbulent model exhibiting statistical steadiness without large-scale dissipation},
author = {Stephen I. Thomson and Michael E. McIntyre},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.4684},
year = {2019}
}
备注
Revised version, submitted to JAS. 22 pages, 13 figures. Significant reordering of section 6, with extra discussion of Li et al. 2006 in response to reviewer's comments. Additional comparison of 'quasifricational' timescales in our model with estimates of Jovian radiative timescales in section 6d