超旋转与次旋转赤道急流：牛顿冷却与瑞利摩擦

旋转球体上的浅水方程数值模拟产生了稳健涡旋与交替纬向急流的混合体，正如在气态巨行星大气中所见。然而，包含瑞利摩擦的模拟在木星参数体制下 invariably 产生次旋转（逆行）赤道急流，而木星观测显示存在已持续数十年的超旋转（顺行）赤道急流。最近在包含对层厚扰动进行牛顿弛豫以模拟向空间辐射冷却的浅水模拟中，以及在温度方程中包含类似弛豫项的热浅水方程模拟中，获得了超旋转赤道急流。对这些不同模型的全球准地转形式的模拟产生了与母模型方向相同的赤道急流，表明决定方向的机制存在于准地转理论之内。我们通过计算由于赤道捕获罗斯贝波衰减而作用于厚度加权纬向平均流的有效力，提供了这样一种机制。牛顿冷却导致的衰减在赤道产生向东的纬向平均流，与超旋转赤道急流的形成一致；而瑞利摩擦导致的衰减在赤道产生向西的纬向平均流，与次旋转赤道急流的形成一致。在这两种情况下，绝对纬向动量的经向积分纬向平均值均向西，这与罗斯贝波携带向西伪动量的标准结果一致，但这并不排除在赤道上及其附近纬向平均流向东的可能性。