深渊大气中的降雨下沉气流

Juno 微波辐射计的结果表明，木星大气中氨蒸气的混合不均匀，向下可达数十巴的深度，远低于云层高度。日震学观测表明，太阳对流可能需要被称为“熵雨”的狭窄、集中的下沉气流来维持太阳的光度。这两项观测均暗示存在某种非局部对流传输机制。我们旨在预测在无底大气中，集中的密度异常在与其环境有效混合之前能达到的深度。我们修正了卷入热流的经典自相似解析模型，以考虑深渊大气的可压缩性。我们将这些模型与高分辨率三维流体动力学模拟的输出进行比较，以更准确地模拟湍流的混沌影响。我们发现，局部密度异常向下传播至其初始尺寸的约 3-8 倍，而未与其环境发生实质性混合。我们的解析模型准确预测了初始流动，但在流动于特征穿透深度变得不稳定后，自相似假设便不再成立。在木星的背景下，我们的发现表明，集中在约 20 km 尺寸的局部下沉气流中的降水，能够连贯地穿透至其初始蒸发高度下方约一百公里（数十巴）的深度，而不与环境混合。这一发现与预期的对流风暴空间尺度以及 Juno MWR 对氨耗尽的测量结果相一致。在风暴频发的巨行星上，挥发物在云层高度下方的成分梯度可能是普遍现象。在太阳的背景下，我们发现深渊大气中的湍流下沉气流无法在整个太阳对流层中保持其连贯性，这对熵雨假说构成了潜在挑战。