论热力学第二定律在木星大气垂直运动中的应用

木星上层对流层中角动量湍流已知在顺时针喷流处收敛，逆时针喷流处发散。远离赤道地区，这意味着在带状区（逆时针剪切）中欧拉平均纬向流收敛，而在带状沟（顺时针剪切）中发散。由于平均纬向循环必然在深层闭合，这表明带状区下沉、带状沟上升。然而，木星云层和雾霭的明暗带状结构暗示带状区上升、带状沟下沉。本文指出，仅通过考虑欧拉平均循环无法解释现象，必须改用包含涡旋斯托克斯迁移的转换欧拉平均循环（transformed Eulerian mean circulation），该模型更贴近轨迹迹料（如氨）的拉格朗日平均输运。结合观测得到的势涡旋结构和混合长度模型推断，转换欧拉平均循环在带状区上升、带状沟下沉。我们利用木星上层大气的全球流体动力学模型进行仿真，验证了这些推断的可行性，并对深层带状结构进行了推测。