热木星大气流动解的数值收敛性

我们采用系外行星研究中常用的设置——在高海拔处被热强迫至规定温度分布的静止状态——对热木星大气流动解的数值收敛性进行了广泛研究。收敛性通过以下方式严格评估：(i) 一个经过明确验证在热木星流动条件下表现良好的高精度伪谱模型；(ii) 比较在数值上可等同的模拟中的动能谱、瞬时(未平均)涡度场以及涡度场的时间演化。在模拟中，在相同的物理和初始设置下改变(水平和垂直)分辨率、耗散算子阶数和黏性系数。所有模拟均与一个高分辨率和高耗散阶数(T682 和 $\nabla^{16}$)的基准参考模拟进行比较，并相互比较。总体而言，参考解呈现出一个动态的、纬向(东西向)不对称的急流，伴有大量小尺度涡旋和重力波。我们在此表明，模拟仅在 T341 分辨率和 $\nabla^{16}$ 耗散阶数下收敛到参考模拟。低于该分辨率和阶数时，模拟要么不收敛，要么收敛到非物理解。总体收敛行为独立于所模拟大气的垂直范围，从 $\sim\! 2\!\times\! 10^{-3}$ MPa 到 $\sim\! 2\!\times\! 10^1$ MPa。讨论了其对当前系外行星大气建模与观测的影响。