旋转非弹性球壳中的纬向流机制：在巨行星中的应用

在巨行星表面观测到的纬向风形成了具有交替顺行和逆行方向的复杂喷流模式。虽然气态巨行星的主赤道带是顺行的，但两颗冰巨星均具有显著的逆行赤道喷流。我们利用旋转球壳中可压缩对流的三维数值模型，探索了在旋转或浮力主导力平衡的不同机制下纬向流的性质。我们进行了系统的参数研究，以量化纬向流对背景密度分层和对流驱动的依赖性。我们发现赤道纬向风的方向由浮力与科里奥利力的比值控制。在旋转主导机制中，发现了由雷诺应力维持的顺行赤道带。在浮力主导科里奥利力的情况下，单位质量的角动量被均匀化，赤道带呈逆行，这与冰巨星中观测到的情况相似。在此机制下，纬向喷流的振幅取决于背景密度对比度，强分层模型产生的喷流比可比拟的弱分层情况更强。此外，我们的结果有助于解释恒星对流区非弹性模型中发现的类太阳和“反太阳”较差自转之间的过渡。在强分层情况下，我们发现主导阶力平衡随深度显著变化（内部为旋转主导，薄表面层为浮力主导）。这种所谓的“过渡机制”在主赤道喷流中具有可见特征，表现为流向赤道时流动振幅显著衰减的明显凹陷。在木星上也观测到了类似的凹陷，这表明行星内部的对流可能在此机制下运行。