与木星观测（含大红斑）一致的稳定三维涡族

对木星涡旋速度的详细观测仅存在于大气中的一个高度，因此其垂直结构了解甚少。这促成了本研究的开展：计算满足运动方程的稳定三维、长寿命行星涡旋。我们使用观测到的木星大气温度与纬向流，以高分辨率伪谱方法求解非弹性方程。我们考察若干涡族，发现恒定涡度涡旋（其涡度随高度近乎均匀，水平面积在顶部与底部趋于零）收敛为类似大红斑（GRS）及其他木星反气旋的稳定涡旋。相反，先前研究提出的恒定面积涡旋（其面积随高度近乎均匀，垂直涡度在顶部与底部趋于零）远非平衡态，发生破裂并收敛为恒定涡度涡旋。我们的后期涡旋展现出意外特性。初始非中空涡旋变为中空（即其中心处垂直涡度有局部极小值），这是 GRS 的特征，无法用二维模拟解释。最终涡旋的中心轴与行星自转轴对齐，即便其初始与局部重力方向对齐。我们给出涡旋性质随 Rossby 数及其他无量纲参数变化的标度律。我们解析证明稳定涡旋的水平中平面必须位于对流区顶之上。