土星古气候模拟

我们研究了土星轨道变化对土卫六大气环流和表面甲烷分布的影响。利用一个新的土卫六大气的通用环流模型，我们在四种特征轨道参数配置下模拟了其气候，这些配置对应于过去 42 kyr 的时间快照，涵盖了偏心率和平近点角经度长周期循环变化的幅度范围。该模型覆盖从地表到 0.5 mbar 的气压范围，重现了当前的温度剖面和对流层超旋转现象。在所有四次模拟中，大气有效地将甲烷向极地输送，导致低纬度和中纬度地区干燥，表明这些区域至少在数万年间一直呈现沙漠状。尽管环流模式没有显著差异，但在任一极地积累的表面甲烷量强烈依赖于日照分布；在当前情况下，甲烷优先在北极积累，这与观测结果一致，因为那里的夏季较为温和但持续时间更长。14 kyr 前的配置也存在类似情况（程度较轻），而在 28 kyr 前的情形中南极获得了更多甲烷，系统在 42 kyr 前则几乎对称。这证实了轨道强迫影响表面液体分布的假设，且当前观测到的不对称性在过去可能曾部分或完全反转。轨道强迫的演化意味着表面储层的传输时间尺度约为 $\sim$30 kyr，在这种情况下，不对称性以 $\sim$125 kyr 的周期反转。否则，轨道强迫在更长的时间尺度上不会产生净不对称性，也不太可能是产生观测到的二分性的机制。