全球超旋转对行星自转速度的依赖性

如果大气总纬向角动量超过其与下方行星刚体共转所对应的角动量，则该大气可被描述为全球超旋转。本文讨论了类地大气中的全球超旋转对行星自转速度的依赖性。通过分析具有时间无关轴对称强迫的理想化大气环流模型实验中的全球超旋转，并与太阳系大气中的全球超旋转估计值进行比较，揭示了这种依赖性。我们进行了轴对称和三维实验。我们发现，三维实验中的全球超旋转程度与轴对称实验中的程度密切相关，但在细节上存在一些差异。我们从Held-Hou模型推导出了轴对称大气中全球超旋转的标度理论。在高自转速度下，我们的数值实验处于一个全球超旋转呈地转标度的区域，我们认为地球和火星处于此区域。在低自转速度下，我们的实验处于一个由角动量守恒决定的区域，其中全球超旋转与自转速度无关。我们实验中的全球超旋转饱和值远低于金星和土卫六大气中所达到的值，后者处于一个全球超旋转呈旋衡标度的区域。只有当涡旋引起的逆梯度角动量输送足够大时，才能进入该区域，而这在我们的理想化数值实验中并非如此。我们认为，缓慢自转行星的“默认”区域是角动量守恒区域，其特征是温和的全球（和局部）超旋转。