木星大气的辐射平衡模型及其在对流层环流估算中的应用

我们提出一个计算高效的、带对流调整的木星大气一维季节性辐射模型。我们的模型考虑了来自主要碳氢化合物（甲烷、乙烷、乙炔）、氨、碰撞诱导吸收、四层云与霾（包括一个紫外吸收的“极地”平流层霾）以及内热源的辐射强迫。我们详述了平衡温度廓线对若干参数的敏感性研究。我们讨论了预期的季节性、垂直与经向热结构，并将其与由 Cassini 和地基热红外观测导出的结果比较。我们发现 5–30 mbar 压强范围内的平衡温度对所选平流层霾的光学性质、单体尺寸与数量极为敏感。极地霾可在 45–60{\deg} 纬度显著增暖较低平流层（10–30 mbar）达 20K。在低于 3 mbar 的压强下，我们的模拟温度系统性地低估观测值 5K。这可能表明其他过程，如波破碎或涡旋的动力加热，或与热层环流的耦合，起着重要作用。在对流层中，我们仅能通过随纬度改变内热源通量来匹配观测到的温度经向梯度缺失。随后我们利用加热与冷却率的知识，在涡旋热通量辐合项可忽略的假设下，诊断木星平流层中的剩余平均环流。在较低平流层（5–30 mbar），剩余平均环流强烈依赖于所假设平流层霾的性质。我们的主要结论是，改进我们对辐射强迫项的认知以提升对所估算环流的信心至关重要。推而广之，这对于未来的 3D GCM 研究也将至关重要。