Benchmark experiments with global climate models applicable to extra-solar gas giant planets in the shallow atmosphere approximation
外行星大气建模领域的不断发展，几乎没有对其模型进行标准化基准测试的工作，限制了对结果对特定模型和条件的依赖性的理解。由于空间分辨观测还很难获得，这样的测试是非常宝贵的。虽然以前曾建议并进行过潮汐锁定气体巨行星模型的相互比较测试，但所提供的数据在可比性方面有限。在这里，浅层的ARMA模型进行这样的测试，并产生详细的统计数据，以方便比较，时间平均值和相关的标准偏差显示，消除时间依赖性，并提供一个可变性的措施。模型运行进行了分析，以确定分辨率之间的变异性，以及分辨率对研究的能谱的影响。超旋转在所有分辨率下都是一种稳健且可重现的特征。
2012-10-16 astro-ph.EP
Evolution and Spectral Response of a Steam Atmosphere for Early Earth with a coupled climate-interior model
地球早期大气的演化和地球上适宜居住条件的出现与早冥古宙时期（4至4.5 Ga）岩浆海洋阶段的发展和持续时间错综复杂地联系在一起。本文讨论了岩浆洋期蒸汽大气的演化。利用逐线辐射转移程序GARLIC得到了出射长波辐射。我们的研究表明，大气组成的纯H $_{2}$ O，建立作为一个结果，放气延长岩浆海洋的寿命到几百万年。给出了热辐射与岩浆海凝固时间尺度的关系。本文应用大气化学平衡研究了在岩浆洋早期阶段，H $_{2}$ O在高温下的热分解作用，从而导致H $_{2}$和O $_{2}$的形成。观察到OLR降低1- 6%。通过计算整个岩浆海期间的透射谱，我们还得到了大气的有效高度。纯水大气层的深度约为100 km。还显示了热离解对大气有效高度的影响。由于不同高度的吸收行为不同，H $_{2}$和O $_{2}$的光谱特征在不同高度的大气中可见。因此，这些物种与H $_{2}$ O一起对透射光谱有显著贡献，并可能有助于对岩浆海洋系外行星进行观测约束。
2019-03-11 astro-ph.EP
Coupled Photochemical-Climate Modeling of Plausible Tenuous Outgassed Atmospheres on the TRAPPIST-1 Planets
University of Washington（华盛顿大学）；SETI Institute（SETI研究所）；Eastern Wyoming College（东怀俄明学院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Laboratory for Atmosphere and Space Physics（大气与空间物理实验室）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
本文通过耦合光化学-气候模型，研究TRAPPIST-1行星上稀薄大气的可能性，发现其大气压力范围在10^-4至1巴之间，部分行星可能存在适宜生命存在的环境。
2026-05-13 astro-ph.EP
Constraints on the possible atmospheres on TRAPPIST-1 b: insights from 3D climate modeling
本研究针对TRAPPIST-1 b的大气约束问题，结合1D辐射对流模型与3D全球气候模型模拟多种大气情景，对比JWST次食及热相位曲线观测数据，明确无大气是最可能情形，同时指出单测光点判定大气存在性存在风险。
2025-09-02 astro-ph.EP
Coevolution of primitive methane cycling ecosystems and early Earth atmosphere and climate
地球的历史以代谢创新驱动的重大生态转变为标志，从根本上重塑了海洋和大气的组成。在光合作用进化之前的数亿年，最早的转变的性质和幅度仍然知之甚少。使用一个新的生态系统行星模型，我们发现，前光合甲烷循环微生物生态系统的生产力比以前认为的要低得多。尽管生产力低，但产甲烷代谢的演变强烈地改变了大气成分，导致气候变暖，但适应力较低。随着非生物碳循环的响应，进一步的代谢进化（厌氧甲烷氧化）可能会反馈到大气中，破坏气候稳定，引发短暂的全球冰川。虽然早期的代谢演化可能会导致强烈的气候不稳定性，低CO：CH 4大气比出现作为一个强大的签名简单的甲烷循环生态系统在全球减少的行星，如晚冥古宙/太古代早期地球。
2020-06-09 astro-ph.EP q-bio.PE
Revisiting the greenhouse effect of non-greenhouse gases in the atmospheres of Earth-like planets
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
研究非温室气体如何调节气候，发现背景N₂压力变化影响大气水含量，产生两种效应：改变热力学 lapse rate 和改变水蒸气对温室效应的辐射贡献，结果表明N₂增加对气候的影响取决于CO₂丰度。
2026-05-11 astro-ph.EP
Possible climates on terrestrial exoplanets
围绕其他恒星的类地行星上可能存在什么样的环境？尽管缺乏直接观测，但推测系外行星的气候可能还为时过早，例如优化未来的望远镜观测，或评估宜居世界的可能性。一级，气候主要取决于：1）大气成分和挥发物存量; 2）入射恒星通量; 3）行星自转的潮汐演化，这可以显著地锁定一颗具有永久夜晚的行星。大气成分和质量取决于难以模拟的复杂过程：挥发物的来源、大气逃逸、地球化学、光化学。我们讨论的物理限制，可以帮助我们推测可能的大气类型，这取决于行星的大小，其最终距离的恒星和恒星类型。假设大气层是已知的，可以使用类似于为模拟地球以及太阳系中其他地球大气层而开发的全球气候模型来探索可能的气候。我们在火星、土卫六和金星上的经验表明，可以通过结合"动力核心"、辐射转移求解器、次网格尺度湍流和对流的参数化、热地面模型和挥发性相变代码等组件来开发现实的气候模拟器。在此基础上，我们可以期望为系外行星建立可靠的气候预测器。然而，无论模型的准确性如何，预测特定星球上的实际气候状况仍然具有挑战性，因为气候系统受到强烈的正向不稳定反馈的影响（例如失控的冰川和失控的温室效应）。它们可以将具有非常相似的强迫和不稳定库存的行星驱动到完全不同的状态。
2013-11-18 astro-ph.EP
A Radiative-Convective Model for Terrestrial Planets with Self-Consistent Patchy Clouds
云是无处不在的\，- \，它们出现在每一个拥有大气层的太阳系行星上，也被认为是在系外行星观测中模糊光谱特征的主要机制。随着系外行星观测的不断改进，需要有效和通用的行星气候模型，以适当处理这些世界上可能出现的多云大气环境。我们生成一个新的一维辐射对流类地行星气候模式，自洽地处理斑块云通过参数化的凝结和沉积过程的微物理处理。我们的模型是一般的，足以重建地球的大气辐射环境，而没有过度参数化，同时也保持了一个简单的实施，适用于广泛的大气成分和物理行星属性。我们首先通过与地球热结构数据和现有的气候和辐射转移工具进行比较来验证这个新的一维片状云辐射对流气候模型。我们产生部分云的地球一样的气候与云结构，是深对流层对流的代表，是足够的岩石行星大气层内的云的一维表示。在对地球进行验证后，我们使用我们的部分云气候模型，探索具有次生氮主导大气的超级地球系外行星的潜在气候，我们假设这些大气是非生物的。我们还将部分云气候模式耦合到全物理逐线辐射转移模式，并生成模拟气候的高分辨率光谱。这些自洽的气候-光谱模型弥补了气候建模工作与岩石世界观测研究之间的差距。
2022-10-18 astro-ph.EP
Assessing the Habitability of the TRAPPIST-1 System Using a 3D Climate Model
TRAPPIST-1系统为研究多个太阳系外类地行星及其大气层提供了一个非凡的机会。在这里，我们使用国家大气研究中心社区大气模型版本4来研究TRAPPIST-1系统中行星的可能气候和可居住性。我们假设海洋覆盖的世界，大气层由N2，CO2和H2O组成，并根据观测定义了轨道和地球物理特性。模型结果表明，内三颗行星（b、c和d）目前位于传统液态水宜居带的内缘。因此，如果水曾经存在于内行星上，它们将经历一个失控的温室效应，并将水流失到太空中，使它们今天干燥。相反，外三颗行星（f、g和h）落在宜居带的最大二氧化碳温室外缘之外。模型结果表明，尽管有高达30 bar的CO2大气，外行星也不会变暖，而是进入雪球状态。中间的行星（e）代表了TRAPPIST-1系统中目前可居住的海洋覆盖世界的最佳机会。行星e可以维持至少一些可居住的表面区域，0 - 2巴的CO2，这取决于背景N2含量。对于一个被海洋覆盖的行星e来说，在1 bar的N2和0.4 bar的CO2或1.3 bar的纯CO2大气中，可以保持接近今天的地球地面温度。
2018-03-31 astro-ph.EP
Hot Hydrogen Climates near the inner edge of the Habitable Zone
年轻的类地行星可以捕获或释放富含氢气的大气层，其中含有数十至数百巴的氢气，这些氢气可以持续1亿年或更长时间。虽然地球和类地系外行星上最早的可居住条件可能是在大气层仍然由H2主导的时候出现的，但对H2的气候影响仍然知之甚少。先前的研究表明，H2在宜居带的外缘诱导强烈的温室效应。在这里，我们使用一个一维辐射对流模式表明，H2也导致强烈的变暖附近的内边缘的宜居带。然而，与H2在外缘的温室效应不同，它在内缘附近的效应是由热力学驱动的：H2的大的热尺度高度允许大气储存比纯H2O大气或具有重背景气体（如N2或CO2）的大气更多的水蒸气，从而放大了H2O的温室效应。使用理想化的灰色计算，然后，我们提出了一个一般性的论点，不同的背景气体如何影响内边缘的宜居带。H2因其诱导新的“蛋奶酥”气候的能力而脱颖而出，这进一步支持了其变暖效应。我们的研究结果表明，如果靠近宜居带内边缘的行星上最早的条件是富含H2，那么它们可能也很热：1 bar的H2足以将地面温度提高到340 K以上，50 bar的H2足以将地面温度提高到450 K以上。
2019-07-30 astro-ph.EP
Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics 1.0: A General Circulation Model for Simulating the Climates of Rocky Planets
ROCKE-3D（英语：Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics）是美国国家航空航天局戈达德空间研究所（英语：NASA Goddard Institute for Space Studies）开发的一个三维大气环流模式，用于模拟太阳系和系外类地行星的大气。其母模型称为ModelE 2（Schmidt et al. 2014），用于模拟现代和21世纪地球以及近期古地球气候。ROCKE-3D是一项持续的努力，旨在扩展ModelE 2的能力，以处理更广泛的大气条件，包括更高和更低的大气压力，更多样化的化学物质和成分，更大和更小的行星半径和重力，不同的旋转速率（缓慢旋转到比现代地球更快旋转，包括同步旋转），海洋和陆地分布和地形多样，和潜在的基本生物圈功能。ROCKE-3D的第一个目标是模拟太阳系内地球上的行星大气，如古地球，现代和古火星，古金星和土星的卫星泰坦。通过验证广泛的温度，压力和大气成分的模型，我们可以进一步扩展其能力，以研究过去已经发现的和未来将要发现的系外行星岩石世界。我们讨论了当前和不久的将来的能力，ROCKE-3D作为一个社区模型研究行星和系外行星大气。
2017-02-25 astro-ph.EP
ExoCAM: A 3D Climate Model for Exoplanet Atmospheres
TRAPPIST-1可居住大气相互比较（THAI）项目的启动是为了比较通常用于预测太阳系外行星宜居带理论气候的三维气候模型。作为THAI的一部分进行研究的核心模型之一是ExoCAM，这是国家大气研究中心（NCAR）社区地球系统模型（CESM）1.2.1版的一个独立策划的系外行星分支。ExoCAM已被用于研究围绕各种恒星的太阳系外类地行星的大气。为了配合THAI项目并提供主要参考，我们在这里介绍ExoCAM以及它与CESM标准配置的独特之处。此外，我们还进行了一系列的相关湿物理调谐参数的模型内的敏感性测试，同时使用泰国协议作为我们的出发点。对用于系外行星建模的3D气候模型的一个常见批评是，云和对流例程通常包含针对现代地球调整的自由参数，因此可能是评估系外行星气候的不确定性来源。在这里，我们探讨敏感性众多的配置和参数选择，包括最近更新的辐射计划，不同的云和对流物理包，不同的云和降水调整参数，和不同的海冰覆盖。我们的辐射方案的改进和云粒子大小的修改对全球平均温度的影响最大，变化高达~10 K，突出了准确的辐射转移的要求和云微物理模拟系外行星气候的重要性。然而，对于绝大多数敏感性测试，气候差异很小。对于所研究的所有案例，模型内差异不会使关于气候状态和可居住性的一般结论产生偏差。
2022-01-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
Tutorial models of the climate and habitability of Proxima Centauri b: a thin atmosphere is sufficient to distribute heat given low stellar flux
Proxima Centauri b是一颗地球大小的行星，位于离我们最近的恒星邻居的宜居带，刚刚被发现。同步旋转行星的理论框架，其中失控的温室效应的风险在阳光侧和大气崩溃的反面通过热传输相互改善进行了讨论。这是通过简单的（教程）气候模型开发的。这表明，较低的入射恒星通量意味着较少的热传输，因此需要较少的大气质量。比邻星b的入射恒星通量确实很低，如果它遭受了一些大气损失或开始时挥发性很低，这可能有助于提高可居住性。
2016-08-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
Was Venus Ever Habitable? Constraints from a Coupled Interior-Atmosphere-Redox Evolution Model
金星过去的气候演变是不确定的。大气环流模型模拟允许一个可居住的气候晚至~0.7 Ga，有连续性的，虽然不是决定性的证据，以前的液态水从地表地貌和矿物学。然而，目前还不清楚是否可以居住的过去可以与金星的推断大气演变。特别是，缺乏剩余的大气氧气反对最近的水损失。在这里，我们应用一个完全耦合的模型金星的大气内部气候演化后吸积岩浆海洋到现在。该模型自洽地跟踪C-，H-和O-轴承挥发物和表面气候通过整个金星的历史。大气逃逸、地幔对流、熔体产生、释气、深水循环和碳循环都与气候和氧化还原演化明确相关。板块构造和停滞盖的历史被认为是。使用这个耦合模型，我们得出结论，金星过去的可居住和金星从未拥有液态表面水的地方都可以与已知的约束相协调。具体来说，这两种情况都可以再现大规模的大气成分，推断的表面热流，和观察到的$^{40}$ Ar和$^{4}$ He。此外，该模型表明，在不违反任何已知约束的情况下，金星可能在1 Ga时就已经适合于100米的全球海洋。事实上，如果扩散限制的水损失被冷却的，CO $_2$占主导地位的高层大气所抑制，那么我们的模型暂时倾向于一个可居住的过去。这种逃逸节流使得难以同时回收现代大气中可忽略的水蒸气和~90 bar CO $_2$，而不通过硅酸盐风化暂时隔离内部的碳以增强H逃逸。
2021-10-29 astro-ph.EP
The Runaway Greenhouse: implications for future climate change, geoengineering and planetary atmospheres
最终的气候紧急情况是“失控的温室”：炎热和富含水蒸气的大气层限制了热辐射向太空的排放，导致失控的变暖。只有当地表温度达到1400 K左右并发出近红外线辐射时，变暖才会停止，因为水不是一种好的温室气体。这将蒸发整个海洋并消灭所有行星生命。金星在过去经历了失控的温室效应，我们预计随着太阳光度的增加，地球将在大约20亿年内失控。但是，我们目前改变气候的活动是否会过早地带来这样一场灾难？在这里，我们回顾一下关于失控温室的已知信息来回答这个问题，描述了向外辐射的各种限制以及气候将如何在这些限制之间演变。好消息是，几乎所有的证据都使我们相信，即使在原则上，通过向大气中添加二氧化碳等不可冷凝的温室气体来引发完全失控的温室效应也是不可能的。然而，我们对高温和蒸汽大气的动力学、热力学、辐射传输和云物理学的理解还很薄弱。因此，我们不能完全排除人类行为可能导致过渡的可能性，如果不是完全失控，那么至少是比现在更温暖的气候状态。高气候敏感性可能会提供一个警告。如果我们，或者更有可能是我们遥远的后代，受到失控的温室的威胁，那么反射阳光的地球工程可能是生命的唯一希望。... [2句子削减，以满足arXiv字符限制].失控的温室效应在行星科学和天体生物学中也仍然相关：随着太阳系外行星更小，更接近它们的恒星，一些行星将处于失控的温室效应状态。
2012-01-08 astro-ph.EP physics.ao-ph
Habitability and Spectroscopic Observability of Warm M-dwarf Exoplanets Evaluated with a 3D Chemistry-Climate Model
居住在星周宜居带（CHZ）的行星为我们提供了最好的机会来测试生命潜在的普遍性和复杂性的假设。限制可居住性及其观测判别式的精确边界对于最大限度地利用未来仪器进行远程生命探测至关重要。传统上，宜居带（IHZ）的内边缘的计算已经使用一维辐射对流和三维大气环流模式进行。然而，这些模式缺乏互动的三维化学和不解决中层和低热层（MLT）地区的高层大气。在这里，我们采用了一个3D高顶化学气候模型（CCM）来模拟同步旋转的行星的大气层，这些行星在K-和M-矮星的宜居带的内边缘（在$T_{\rm eff} =$ 2600 K和4000 K之间）运行。虽然我们的IHZ气候预测与GCM研究吻合良好，但我们在模拟臭氧和HO $_{\rm x}$光化学中发现了值得注意的偏离。例如，即使平流层水蒸气的混合比很高（$< 10^{-3}$ mol $^{-1}$），不活跃恒星周围的气候通常也不会进入经典的潮湿温室状态，这表明不活跃M星周围的行星在地质学上重要的时间尺度上可能只经历轻微的水分流失。此外，我们发现在可能适合居住的潮湿温室大气中，臭氧层要薄得多，因为臭氧通过与氢氧化物自由基的反应而迅速被破坏。使用我们的CCM结果作为输入，我们的模拟透射光谱表明，水蒸气和臭氧功能的潮湿温室大气中可以检测到的仪器NIRSpec和MIRI LRS板载詹姆斯韦伯太空望远镜。
2019-12-24 astro-ph.EP
Stratospheric Temperatures and Water Loss from Moist Greenhouse Atmospheres of Earth-like Planets
一个辐射对流气候模式被用来计算平流层温度和水蒸气浓度的无臭氧大气比现代地球温暖。冷，干燥的平流层预测在低地面温度，与最近的三维计算。然而，当地面温度高于350 K时，平流层变暖，水蒸气成为上层大气的主要成分，使水通过光解和氢逃逸而损失。因此，一个“潮湿的温室”的解释，从金星，或一些系外行星接收相当数量的恒星辐射的水损失，仍然是一个可行的假设。这种大气上部的温度远低于灰色大气的估计温度，在使用一维模型进行“逆”气候计算以确定宜居带边界时，应考虑到这一因素。
2015-10-13 astro-ph.EP
Climate sensitivity to ozone and its relevance on the habitability of Earth-like planets
大气臭氧对大气温度结构有重要影响。然而，它并没有被包括在以前的研究增加太阳辐射对地球气候的影响。在这里，我们研究的气候敏感性的存在/不存在的臭氧与太阳强迫增加的全球气候模式的第一次。我们发现，臭氧的变暖效应增加了低层大气的湿度和地面温度。在相同的太阳辐照度下，平均地面温度比没有臭氧的模拟行星高7 K。因此，在较低的太阳辐照度下（1572 Wm^-2，而在没有臭氧的情况下为1647 Wm ^-2），就可以达到湿润温室阈值，即平流层中水蒸气变得丰富的状态。我们的研究结果表明，臭氧降低了类地行星保持宜居的最大太阳辐照度。
2019-01-09 astro-ph.EP
From Global Climate Models (GCMs) to Exoplanet Spectra with the Global Emission Spectra (GlobES)
本文介绍了PSG的GlobES模块，该模块将3D大气与表面信息整合到光谱模拟中，通过TRAPPIST-1等案例展示了其在模拟凌日、发射和反射光谱方面的有效性，以支持JWST及未来任务的系外行星观测策略。
2025-07-11 astro-ph.EP
Habitability of waterworlds: runaway greenhouses, atmospheric expansion and multiple climate states of pure water atmospheres
纯水大气层有四种不同的稳定气候状态，可能存在于所谓的“水世界”。我把这些作为太阳常数的函数绘制出来，这些行星的大小从火星大小到10个地球质量不等。这些状态是：全球冰覆盖（Ts<245 K），寒冷潮湿（270 < Ts<290 K），炎热潮湿（350< Ts<550 K）和非常炎热干燥（Ts<900 K）。290< Ts <350 K或550 < Ts <900 K不存在稳定气候。湿热气候和冷湿气候的结合描述了液态水宜居带，其宽度和位置取决于行星的质量。在每个太阳常数下，两个或三个不同的气候状态是稳定的。这是太阳光的热发射和净吸收两者的强非线性的结果。在行星大小的范围内，我解释了大气层在变暖时向高空扩张的原因。发射面和吸收面（单位光学深度）移向高空，使它们的面积大于行星表面，因此发射更多的热辐射，吸收更多的阳光（前者占主导地位）。小行星的大气层由于引力较弱而膨胀得更多：火星的有效失控温室阈值大约高出35 Wm-2，地球或金星高出10 Wm-2，但对于10个地球质量的行星来说只高出几Wm-2。有一个潜在的（忽略膨胀）趋势，即失控的温室阈值随着行星的大小而增加（10个地球质量的行星比火星高40 Wm-2）。总结这些相反的趋势意味着金星大小（或略小）的行星最容易受到失控的温室效应的影响。纯水大气的宜居带非常狭窄，日照范围为太阳常数的0.07倍。一个更宽的宜居带需要背景气体和温室气体;地球上…
2015-03-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Planetary albedo is limited by the above-cloud atmosphere: Implications for sub-Neptune climate
本研究提出行星反照率受云层上方大气限制的解析模型，结合辐射传输模型分析亚海王星K2-18b的观测数据，发现其反照率低于宜居阈值，该方法可普遍用于约束系外行星反照率、评估宜居性。
2025-09-04 astro-ph.EP
Climate Diversity in the Solar-Like Habitable Zone due to Varying Background Gas Pressure
大量的研究通过提出各种可能气候的模型来回应越来越多的已确认的陆地宜居带系外行星。然而，背景气体，如N $_2$的分压的影响尚未得到很好的探索，尽管在地球大气中的N $_2$的丰度和缺乏限制其典型的丰度在类地行星大气。我们使用PlaSim，一个快速的3D气候模型，模拟数百个气候周围的太阳类恒星不同的N $_2$分压，星座，和表面特征，以确定背景气体分压对气候的影响。我们发现，气候的响应是非线性的，高度敏感的背景气体分压。我们确定的温室气体（如CO $_2$和H $_2$ O）的吸收线，放大的变暖或冷却的水蒸气温室正反馈，热传输效率，并通过瑞利散射冷却作为占主导地位的竞争机制，确定一个给定的N $_2$分压的平衡气候。最后，我们表明，不同数量的N $_2$应该有一个显着的影响，宽带反射光观测类太阳恒星周围的类地系外行星。
2020-12-30 astro-ph.EP
A multispecies pseudoadiabat for simulating condensable-rich exoplanet atmospheres
岩石行星演化的中心阶段，潜在的可居住行星可能在大气条件下发挥作用，具有大量的非稀释可冷凝成分。凝结物滞留的变化和伴随的当地直减率的变化可能会极大地影响行星的气候和表面条件，但目前还没有通用的理论来有效地描述这种大气。在这篇文章中，扩展了Li等人的工作。（2018），我们推广了Pierrehumbert（2010）中的单组分湿赝复体推导，以允许任意稀释度和保留冷凝分数的多个冷凝组分。引入可自由调节的保留冷凝物部分允许对具有非稀释可冷凝组分的大气进行灵活的、自洽的处理。为了测试伪行星模拟各种气候的能力，我们将该公式应用于行星大气，其成分、表面压力和温度代表了类地行星演化过程中富含可冷凝大气的重要阶段：处于失控温室状态的岩浆海洋行星;和一颗太古代类地行星，位于经典的星周宜居带外缘附近。我们发现，在保留的多个非稀释的可凝聚的物种的变化可以显着影响直减率，进而向外辐射和行星大气的光谱特征。所提出的配方允许更全面的治疗岩石系外行星和早期地球类似物的气候演变。
2021-08-29 astro-ph.EP
Analogous response of temperate terrestrial exoplanets and Earth's climate dynamics to greenhouse gas supplement
本文通过ExoCAM和CMIP6模拟对比TRAPPIST-1e与地球，发现CO2补充在非受照区域引发类似放大增温并改变全球环流，同时增加近地表稳定性、降低低气压稳定性，揭示两类行星气候动力学对温室气体补充具有一致的相对响应。
2023-07-05 astro-ph.EP physics.ao-ph
3-D climate simulations for the detectability of Proxima Centauri b
发现一颗围绕距离太阳最近的恒星Proxima Centauri运行的行星，为远程观测系外行星Proxima b的大气和表面开辟了新的途径。到目前为止，三维（3D）大气环流模型（GCM）是研究外大气层性质的最佳工具，等待下一代空间和地面望远镜。在这项工作中，我们使用PlanetSimulator（PlaSim），一个中等复杂度的3D GCM，一个灵活和快速的模型，适合处理行星的所有轨道和物理参数，并研究其大气的动态。假设一个类似地球的大气层和1：1的自旋/轨道配置（潮汐锁定），我们对Proxima b的模拟与一个具有超旋转大气层的昼侧开放海洋行星一致。此外，由于PlaSim对辐射转移的描述有限，我们使用光谱分辨率为1 nm的离线辐射转移程序计算了该系外行星的光谱。该谱被用来推导不同轨道倾角下的热相位曲线。结合仪器检测灵敏度，不同的热相位曲线用于评估地面水平的观测条件（例如，ELT）或在空间中（例如，JWST）。我们估计的曝光时间，以检测Proxima b（假设地球一样的气氛）在FIR与JWST与信噪比$\simeq$ 1的热相位曲线。在总噪声由散粒噪声主导的假设下，忽略产生本底噪声的其他可能的额外贡献，每个轨道时期的曝光时间等于5小时。
2021-02-05 astro-ph.EP
Climate of high obliquity exo-terrestrial planets with a three-dimensional cloud system resolving climate model
行星的气候强烈地受到行星轨道参数的影响，如行星度、偏心率和岁差。在系外行星系统中，系外类地行星应该具有不同的几何形状。由于日照分布的季节变化，高密度行星会有极端的季节循环。在这里，我们介绍了非静力二十面体大气模式（NICAM），一个全球云解析模式，研究气候的高曲率行星。该模式可以清晰地模拟三维云的分布和水蒸气的垂直输送。我们使用超级计算机FUGAKU模拟了高分辨率的地外气候。我们假设水行星的配置与1巴的空气作为背景大气，有四个不同的结晶度（$0^{\circ}$，$23.5^{\circ}$，$45^{\circ}$，和$60^{\circ}$）。我们运行了两组模拟：1）低分辨率（~ 220 km网格作为系外行星科学大气环流模型的标准分辨率），并对云形成进行参数化，2）高分辨率（~ 14 km网格），并采用显式云微物理方案。结果表明，高分辨率的模拟与云微物理的显式处理揭示了温暖的气候，由于较少的低云分数和大量的水蒸气在大气中。这意味着，云相关过程的治疗导致不同的分辨率之间的差异，在气候制度的情况下，高分辨率。
2022-10-11 astro-ph.EP
Global modelling of the early Martian climate under a denser CO2 atmosphere: Water cycle and ice evolution
我们讨论了早期火星气候的3D全球模拟，我们假设一个微弱的年轻太阳和稠密的二氧化碳大气。我们包括一个自洽的水循环表示，大气-地面相互作用，大气传输，并考虑到CO2和H2O气体和云的辐射效应。我们发现，对于大气压力大于一个酒吧的一小部分，绝热冷却效应导致南部高原山谷网络地区的温度显着低于全球平均水平。长期气候演变模拟表明，在这种情况下，水冰从低洼地区被输送到高地，以获得广泛的轨道曲率，而不管塔尔西斯隆起的程度如何。此外，南极还形成了一个延伸的水冰帽，大致对应于诺亚纪/西方纪的Dorsa Cortea地层。即使对于多巴的CO2大气，条件也太冷，不允许长期的表面液态水。在某些地方，在温暖的夏季会发生有限的融化，但这只是在表面的热惯性和热惯性条件下，对水冰来说可能是不现实的。尽管如此，陨石撞击和火山活动可能会在这种条件下造成强烈的间歇性熔融。由于冰迁移到更高的海拔是一个强大的机制，为补给高原水源后，这样的事件，我们认为，这种全球零度以下，'冰冷的高地'的情况下，晚诺亚纪气候可能足以解释大部分的河流地质，而不需要调用额外的长期变暖机制或早期温暖，潮湿的火星。
2012-11-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
3-D Global modelling of the early martian climate under a dense CO2+H2 atmosphere and for a wide range of surface water inventories
CO2+H2温室效应最近被认为是一个有希望的情景，足以使早期火星表面变暖，从而形成山谷网络和湖泊。在这里，我们提出了数值的3-D全球气候模拟的早期火星气候，我们已经进行了假设稠密的CO2+H2大气。我们的气候模型来自Forget et al.（2013）和Wordsworth et al.（2013）的早期工作，与火星冰川和湖泊长期演化的异步模型相结合。模拟在40°赤道进行，以研究（i）水含量和（ii）H2含量（添加到1或2巴的CO2中）如何塑造早期火星的气候和水文循环。我们表明，绝热冷却机制（华兹华斯等。2013），导致冰沉积物在寒冷的气候（所谓的“冰高地”）南部高地的积累也适用于温暖的气候，与撞击坑湖作为主要的水库。这产生的降雨主要集中在火星南部高地。如果调整（i）CO2和H2的量，（ii）水库的大小和位置，以及（iii）古老的地形（即通过删除Tharsis），模拟中的地表径流（来自降雨或融雪）的空间模式可以匹配-除了少数例外-观察到的山谷网络和撞击坑湖泊的分布。虽然我们的研究结果是在富含H2的CO2为主的大气中获得的，但它们也应该适用于评估早期火星上强大的长寿命温室气体的任何组合的影响。
2021-03-18 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The Venusian Lower Atmosphere Haze as a Depot for Desiccated Microbial Life: A Proposed Life Cycle for Persistence of the Venusian Aerial Biosphere
我们重新审视了金星云层中存在生命的假设，提出了一个生命周期，解决了生命如何在高空中持续数亿至数十亿年的难题。大多数关于金星大气温和层中的空中生物圈的讨论从来没有涉及到生命-小微生物型颗粒-是自由漂浮还是局限于云滴内的液体环境。我们认为，生命必须居住在液滴中，这样它才能免受致命的液体净流失到大气中，这是任何自由漂浮的微生物生命形式不可避免的问题。然而，液滴的栖息地构成了一个寿命限制：液滴无情地增长（几个月）到足够大的大小，在重力的作用下被迫向下沉降到金星大气层中更热，不适合居住的层。（液滴碎裂--这会减小粒子的大小--在金星的大气条件下不会发生。）我们第一次提出，生命可以无限期生存的唯一方式是一个生命周期，其中包括微生物生命在沉降过程中随着液滴蒸发而干燥，小的干燥“孢子”停在金星大气层停滞的低霾层（33-48公里高度）并部分居住。因此，我们把金星上的低霾层称为干燥微生物生命的“仓库”。孢子最终通过由重力波引起的混合引起的向上扩散返回云层，充当云凝结核，并再水化以继续生命周期。我们还回顾了在金星大气极其恶劣的条件下生命面临的挑战，驳斥了“可居住”云层在任何陆地环境中都有类似性的观点。
2020-09-14 astro-ph.EP
A Climate-Constrained Bayesian Inverse Method for JWST Rocky Exoplanet Eclipse Spectra: A Case Study of LTT 1445A b
SETI Institute（SETI研究所）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Johns Hopkins APL（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本文提出一种受气候约束的贝叶斯方法，用于分析JWST岩石系外行星的凌日光谱，通过模型光谱和自洽压力-温度剖面，提供更稳健的大气压力和成分约束，以测试大气保留假说。
2026-05-14 astro-ph.EP
Robustness of Gaian Feedbacks to Climate Perturbations
盖亚假说假定生命调节其环境以有利于其自身的生存。大多数行星在其一生中都会经历许多扰动，例如小行星撞击，火山活动以及其宿主恒星光度的演变。为了使盖亚假说可行，即使面对这些挑战，生命也必须能够保持其宿主行星的适宜居住条件。ExoGaia是为研究盖亚假说而创建的模型，以前曾被用来证明随机突变的生物圈在某些情况下能够维持行星的可居住性。然而，这些模型假设所有非生物行星参数都是静态的，忽略了真实行星将经历的不可避免的扰动。为了了解生命如何对其宿主行星的气候扰动做出反应，我们在ExoGaia中创建了三个气候扰动：一个行星的快速冷却和两个加热事件，一个快速和一个渐进。在没有气候扰动的情况下，盖亚反馈出现的行星是生命最有可能在我们的每一个扰动场景中生存下来的行星。经历环境逐渐变化的生物圈比经历快速扰动的生物圈能够承受更大幅度的变化，变化的幅度比符号更重要。这些发现表明，如果盖亚假说是正确的，那么一颗行星所经历的典型扰动可能不太可能破坏盖亚系统。
2020-01-14 astro-ph.EP
Probing Dust and Water in Martian Atmosphere with Far-Infrared Frequency Spacecraft Occultation
本研究提出利用1-10太赫兹远红外频段的航天器掩星观测，实现对火星大气尘埃的全球、同步温度和尘埃不透明度测量，并指出小卫星星座可监测沙尘暴发展。
2023-09-04 astro-ph.EP
Evolved Climates and Observational Discriminants for the TRAPPIST-1 Planetary System
TRAPPIST-1行星系为利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和地面观测站研究类地系外行星演化提供了前所未有的机会。由于M矮行星可能经历极端的挥发性损失，TRAPPIST-1行星可能具有高度进化的，可能不适合居住的大气层。我们使用了一个多功能的，一维地球-行星气候模型与逐行辐射转移和混合长度对流（VPL气候）耦合到地球光化学模型来模拟TRAPPIST-1行星的环境状态。我们提出了平衡气候与自洽的大气成分，和观测判别后失控，干燥，10-100巴O2和CO2为主的大气，包括内部除气，以及富水的组合物。我们的模拟显示了一系列的地面温度，其中大部分是不适合居住的，虽然一个水行星TRAPPIST-1 e可以保持一个温和的表面给地球一样的地质放气和二氧化碳。我们发现，一个干燥的TRAPPIST-1 h可能会产生可居住的地面温度超过最大温室距离。这些大气在透射和发射光谱中的潜在观测判别因素受到光化学过程和气溶胶形成的影响，包括碰撞引起的氧吸收（O2-O2），以及O3，CO，SO2，H2O和CH 4吸收特征，其过境信号高达200 ppm。我们模拟的透射光谱与K2、HST和斯皮策对TRAPPIST-1行星的观测结果一致。对于几个陆地大气成分，我们发现TRAPPIST-1 b是不可能产生气溶胶。这些结果可以为TRAPPIST-1系统和其他M矮类地行星类地行星的JWST观测计划和数据解释提供信息。
2018-09-20 astro-ph.EP
Habitability of Earth-like stagnant lid planets: Climate evolution and recovery from snowball states
耦合模型地幔热演化，火山作用，放气，风化和气候演化的类地（在大小和成分方面）停滞盖行星被用来评估其可居住性的前景。结果表明，行星CO $_2$预算范围从比地球低$\approx 3$数量级到比地球大$\approx 1$数量级，以及与地球一样大或比地球更大的辐射成因加热预算，允许可居住气候持续1-5 Gyrs。停滞盖行星从潜在的雪球状态恢复的能力也进行了探讨，恢复被发现取决于大气-海洋化学交换是否可能。对于一个没有交换的“硬”雪球，恢复是不可能的，因为大多数CO $_2$的脱气是通过地壳的变质脱碳作用发生的，这发生在冰层下面。然而，对于一个“软”雪球，在大气和海洋之间有交换，行星可以很容易地恢复。对于硬雪球状态和软雪球状态，存在恢复所需的最小CO $_2$预算;低于此限制，任何雪球状态将是永久性的。因此，在停滞的盖行星气候演变中存在滞后的可能性，其中具有低CO $_2$预算的行星在雪球气候中开始将永久地停留在这种状态，而以温和气候开始的相同行星将能够维持这种气候1 Gyrs或更长时间。最后，模型结果对未来的系外行星任务具有重要意义，因为它们可以指导对最有可能拥有宜居气候的行星的观测。
2019-03-28 astro-ph.EP
Water Vapour Transit Ambiguities for Habitable M-Earths
本研究利用3D气候模拟生成合成凌星光谱，发现陆地覆盖和大气质量的相互依赖效应导致水蒸气凌星信号存在模糊性，难以据此推断岩石行星的表面条件或气候状态。
2024-02-19 astro-ph.EP
From climate models to planetary habitability: temperature constraints for complex life
为了推导出基于温度的多细胞生命适居性标准，我们研究了陆地变温动物的热极限，即体温和所有生命过程的功能直接受环境温度影响的生物体。多细胞变温动物是地球上最常见和进化上最古老的复杂生命形式。它们活跃的新陈代谢和繁殖的温度极限被0 ℃ <T<50 ℃的温度区间所包围。同样的时间间隔也适用于光合作用产生氧气，这是复杂生命的基本成分，也适用于大气生物特征的产生。对陆地生命热阈值的主要机制的分析表明，同样的机制也适用于其他形式的化学生命。我们提出了一个复杂生命的适居性指数h050，表示行星表面满足0 ℃ <T<50 ℃温度限制的平均轨道分数。借助为计算类地行星的地面温度而量身定制的气候模型，我们计算了h050作为行星日射S和大气柱状质量Natm的函数，用于一些类地大气成分。通过显示h050作为S和Natm的函数，我们建立了复杂生命的大气质量宜居带（AMHZ）。与经典的宜居带不同，复杂生命HZ的内边缘不受失控温室极限计算所固有的不确定性的影响。复杂生命的HZ比干燥行星的HZ窄得多。我们的计算说明了环境条件的变化取决于S和Natm，如温度漂移和表面剂量的次级粒子的宇宙射线，可能会影响生命的类型可能存在于不同时期的行星演化AMHZ内。
2016-04-29 astro-ph.EP
A proposal for climate stability on H2-greenhouse planets
一颗类地行星在远离标准宜居带的轨道上，由于H2-H2碰撞引起的厚H2大气层的吸收，它的表面可以保持液态水。然而，如果没有稳定的气候反馈，可居住性将是偶然的，可能是短暂的。在这封信中，我建议稳定这样一个星球的气候反馈，只需要生物功能有一个最佳温度，在其他温度下运作效率较低。例如，在一个内部有H2净来源的行星上，消耗H2的生命（如产甲烷菌）可以建立一个稳定的气候。如果在平衡温度上增加一个正扰动，生命对H2的消耗将增加（冷却地球），直到平衡气候重新建立。这种反馈的潜在存在使得H2温暖的行星更有吸引力的天体生物学目标。
2015-11-24 astro-ph.EP
A New 2D Energy Balance Model For Simulating the Climates of Rapidly- and Slowly-Rotating Terrestrial Planets
本文设计了首个能模拟快速与同步自转类地行星大气的二维能量平衡模型PlaHab，通过在地球、火星及系外行星上的应用与对比，证明其兼具易用性与复杂性，是行星气候建模的理想工具。
2023-10-24 astro-ph.EP
The Viability of Life in Helium-Dominated Exoplanet Atmospheres
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；JJ Scientific（JJ科学）
该研究通过实验室证据论证，以氦为主的大气是岩质系外行星上可行的生命环境，还能增强生物特征的光谱可探测性。
2026-08-18 astro-ph.EP
Transfer of Life Between Earth and Venus with Planet-Grazing Asteroids
最近，在金星大气中发现了磷化氢作为潜在的生物特征。这就提出了一个问题：如果金星生命存在，它是否与地球生命有关？根据已知的流星体撞击地球的速率，我们发现至少有$\sim 6 \times 10^5$小行星在没有明显加热的情况下掠过地球大气层，后来撞击金星，类似数量的小行星掠过金星大气层，后来撞击地球，两者都在微生物可以在太空中生存的$\sim 10^5$年内。虽然高层大气中的陆地生命丰度尚不清楚，但这些行星放牧牧羊人可能有能力在地球和金星的大气层之间转移微生物生命。因此，可能的金星生命的起源可能从根本上与地球生命的起源无法区分。
2020-09-20 astro-ph.EP
Lifetime of a transient atmosphere produced by Lunar Volcanism
在月球历史的早期，火山释气可能产生了周期性的毫巴级大气（Needham和Kring，2017）。我们研究了相关的大气逃逸过程和这种大气的寿命。热逃逸率作为一个函数的大气质量的温度范围内，包括轻成分，如H2的存在下的效果进行了计算。光化学逃逸和大气溅射计算使用的估计较高的EUV和等离子体通量与早期太阳一致。Vondrak（1974）进行的经常使用的地面Jeans计算不适用于所考虑的大气的规模和组成。我们发现，如果平均外底温度低于350 - 400 K，太阳驱动的非热逃逸可以去除早期CO毫巴级大气约100万年。然而，如果太阳紫外线/极紫外线吸收将高层大气加热到> 400 K的温度，热逃逸越来越主导损失率，考虑到能量有限逃逸，我们估计最小寿命为100年。
2020-11-30 astro-ph.EP
Relative abundances of CO2, CO, and CH4 in atmospheres of Earth-like lifeless planets
本研究通过大气化学模型揭示，类地球无生命行星大气中CO2、CO和CH4的相对丰度存在相空间间隙，该间隙是还原性大气类地行星的普遍特征，对理解生命起源条件具有重要意义。
2023-09-24 astro-ph.EP
Effects of primitive photosynthesis on Earth's early climate system
不同形式的光合作用生命的进化深刻地改变了生物圈的活动水平，随着时间的推移，从根本上重塑了地球海洋和大气的组成。然而，原始光合生物圈对地球早期大气化学和气候的机械影响却知之甚少。在这里，我们使用一个全球氧化还原平衡模式来探讨不同形式的原始光合作用的地球化学和气候效应。我们发现，基于H2和基于Fe的无氧光合自养生物的混合生态系统-进行光合作用而不产生氧气的生物-引起地球甲烷（CH 4）循环的强烈非线性放大，因此代表了地球早期气候系统的关键组成部分在有氧光合作用出现之前。使用蒙特卡罗方法，我们发现，一个混合的光合生物圈扩大了地球化学条件的范围，使温暖的气候状态远远超出这些代谢过程中孤立地发挥作用。我们的研究结果表明，地球的早期气候是由一个新的和探索不足的一套监管反馈连接缺氧生物圈和耦合的H，C和Fe循环。我们建议，类似的过程中，应考虑评估潜在的持续居住在类地行星减少大气。
2019-07-30 astro-ph.EP
Equifinality of Venus-like CO$_2$ Atmospheres
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天体物理研究所）；Department of Earth Sciences, University of Cambridge（剑桥大学地球科学系）
研究金星类二氧化碳大气的形成机制，探讨其地质历史演变路径，并发现其大气可能通过多种途径形成，而非唯一诊断温和气候。
2026-04-28 astro-ph.EP
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part III: Global statistical picture of zonostrophic turbulence in high-resolution 3D-turbulent simulations
我们进行了深入的分析，统计流特性计算参考高分辨率土星模拟获得的全球气候模拟第二部分。在这个参考模拟的稳定状态下，出现了强能量的、区域主导的、大尺度结构，其与莱茵尺度成比例。频谱分析揭示了一个强的各向异性的动能谱，与纬向湍流制度。通过计算谱能量和涡度拟能通量，我们证实了与二维湍流理论相关的双级联方案的存在。为了诊断土星湍流大气中的相关三维动力学机制，我们使用我们的全球气候模型的理想化版本运行了一组四个模拟，该模型没有辐射转移，具有定义明确的泰勒-格林强迫和几个旋转速率（4，1，0.5和0.25倍土星旋转速率）。这使我们能够识别三个不同的惯性范围内的动力学：（1）“剩余主导”范围，其中非轴对称结构占主导地位，光谱斜率为-5/3;（2）“纬向旋转惯性”范围，由轴对称喷流占主导地位，其特征是具有更陡（近-3）光谱斜率的强纬向模堆积;和（3）一个“大尺度”范围，超出莱茵河的典型长度尺度，其中参考土星模拟和我们的理想化模拟不同。在后一个范围内，动力学是占主导地位的长寿命的纬向模式2和3时，土星一样的季节性强迫被认为是（参考模拟），和一个陡峭的能量减少与理想化的泰勒-格林强迫。最后，瞬时光谱通量显示的共存的高档和降尺度拟能/能量转移在大尺度上，特定的三维大气中的层转湍流的制度。
2020-01-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Climate Sensitivity to Carbon Dioxide and Moist Greenhouse threshold of Earth-like planets under an increasing solar forcing
二氧化碳是辐射强迫的主要贡献者之一，增加了地球大气的温度和湿度。如果恒星辐照度增加，水在类地行星的平流层中变得丰富，它将分解，生成的氢将从大气中逃逸。这种状态被称为潮湿温室阈值（MGT）。使用全球气候模式（GCM）的中间复杂性，我们探索如何识别这种状态不同的CO2浓度，包括大气臭氧的辐射效应的第一次。我们表明，潮湿温室阈值与平流层水蒸气混合比的拐点和气候敏感性的峰值相关。对于560 ppm和200 ppm之间的CO2浓度，在320 K的地面温度达到潮湿温室阈值。尽管我们的模型更高的简单性，我们的结果是一致的，类似的模拟没有臭氧的复杂的大气环流模型，这表明它们是强大的指标MGT。我们讨论了宜居带的内边缘的影响，以及地球模拟行星的水损失的时间尺度。
2019-01-09 astro-ph.EP
Stable equatorial ice belts at high obliquity in a coupled atmosphere-ocean model
利用一个水行星结构的动态大气-海洋-海冰气候模式，实现了在一系列恒星辐照度下，高密度下的各种气候状态。三个稳定的气候状态得到不同的海冰覆盖的程度。对于低辐照度值，该模型模拟了具有常年全球海冰覆盖的Cryoplanet。通过增加恒星辐照度，转变发生在一个常年赤道海冰带的无盖冰冻行星上，最终转变为一个没有冰的水行星。使用模拟器模型，我们发现，无帽Cryoplanet是一个强大的稳定状态的范围内的辐照度和高的CO2和对比早期的结果，高CO2的气候状态与赤道冰带可能是不可持续的或无法实现的。当赤道海洋热通量增强时，由于赤道海冰的融化，允许一个稳定的无盖冰冻行星的参数范围减小。当赤道海洋热通量超过一个临界阈值时，常年赤道冰带消失。因此，一个强大的海洋环流可能会使它不稳定。我们的研究结果表明，常年赤道冰层覆盖是一个可行的气候状态的高湿度系外行星。然而，由于多重平衡，这种状态只能从更多的冰川条件下达到，而不是从较少的冰川条件。
2018-09-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
3D climate modeling of Earth-like extrasolar planets orbiting different types of host stars
一颗类地行星的潜在可居住性通常由其表面可能存在的液态水来定义。液态水的潜在存在取决于许多因素，例如，最重要的是，地面温度。因此，行星大气的性质及其与行星主星提供的辐射能的相互作用具有决定性的重要性。在这项研究中，我们调查的影响，不同的主序星气候的类地太阳系外行星和他们的潜在的可居住性，通过应用三维地球气候模型占当地和动力学过程。这些计算是针对具有类地大气层的行星进行的，这些行星的轨道距离是从各个宿主恒星接收的能量总量等于太阳常数。与以前的三维建模研究相比，我们包括臭氧辐射加热对大气垂直温度结构的影响。得到的全球轨道平均结果进行了比较的一维辐射对流气候模式。不同的恒星光谱能量分布导致不同的地面温度，并且由于臭氧加热导致非常不同的垂直温度结构。与之前的一维研究一样，我们发现K型恒星周围的类地行星的地面温度更高，而F型恒星周围的行星的温度比太阳周围的类地行星低。然而，这种效应在3D模型结果中比在1D模型中更明显，因为3D模型考虑了诸如冰蒸发和水蒸气反馈的反馈过程。1D模型是否可以近似于3D模型结果的全球平均值在很大程度上取决于1D模型中相对湿度分布的选择，该分布用于确定水蒸气分布。
2015-04-07 astro-ph.EP
Variability due to climate and chemistry in observations of oxygenated Earth-analogue exoplanets
大氧化事件（英语：Great Oxidation Event）是地球大气中氧气（O $_2$）浓度从现在大气水平（PAL）的$\sim 10^{-5}$倍增加到接近现代水平的时期，标志着24亿年前元古代地质时代的开始。利用WACCM 6地球系统模式，模拟了O $_2$混合比为0.1%~ 150%PAL的类地系外行星大气。使用这些模拟，我们计算的反射/发射光谱在多个轨道上使用行星光谱发生器。我们强调观察者的角度，反射，化学和云如何影响模拟观测。我们表明，年际气候变化，以及短期变化，由于云，可以观察到在我们的模拟大气与望远镜的概念，如LUVOIR或HabEx。年变率和季节变率可以改变行星的反射通量（包括O $_2$和H $_2$ O等关键光谱特征的反射通量），对于相同的轨道相位，分别高达5倍和20倍。这种变异性最好用高通量冠状动脉造影术观察。例如，HabEx（4 m）带遮光罩的性能比LUVOIR B（6 m）型望远镜高两倍。某些光谱特征的变异性和信噪比与大气O $_2$浓度呈非线性关系。这是由温度和化学柱深度的变化，以及一般增加的液体和冰云含量的大气与O $_2$浓度为$<$ 1% PAL。
2022-09-15 astro-ph.EP
The Impact of Cometary 'impacts' on the Chemistry, Climate, and Spectra of Hot Jupiter Atmospheres
本研究通过参数化彗星撞击模型与大气模型ATMO耦合，发现即使小撞击体也能显著改变热木星大气化学，增强水、CO等丰度并清除碳氢化合物，可能影响C/O比与行星形成位置的关联。
2024-02-08 astro-ph.EP
Absence of a Runaway Greenhouse Limit on Lava Planets
本研究通过纳入岩浆海洋挥发分溶解、多组分大气及地幔相关平衡化学过程扩展气候建模，发现熔岩行星不存在纯蒸汽模型中的失控温室热极限，揭示气候演化存在滞后性，挑战了传统基于辐照的宜居带定义方法。
2025-05-16 astro-ph.EP
The Study of Climate on Alien Worlds
描述太阳系以外的大气层不再是一项局限于科幻小说领域的努力。
2012-06-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Convection in Condensible-rich Atmospheres
可凝结物质在行星大气中几乎无处不在。对于最常见的情况--地球当前气候中的水蒸气--可凝气体是稀释的，在这个意义上，它的浓度相对于不可凝背景气体到处都很小。许多重要的行星气候问题都涉及到不可稀释的可凝结物质。这些行星包括接近或正在经历水蒸气逃逸的行星，以及靠近传统宜居带外缘的行星，其中二氧化碳是可冷凝的。气候模式中对流的标准表示依赖于几种仅适用于稀释极限的近似，而非稀释对流在根本上不同于稀释对流。本文导出了一个简单的对流参数化方法，它适用于非稀释边界和稀释边界，并用来讨论非稀释对流的基本性质。详细讨论了该方案的能量守恒性质，并在辐射对流模拟中进行了验证。作为该方案的行为的进一步说明，结果失控的温室大气稳定星座和季节性变化的星座对应于一个高度偏心的轨道。后一种情况说明，与非稀释大气中的潜热有关的高热惯性可以减弱甚至极端季节强迫的影响。
2016-08-10 astro-ph.EP physics.ao-ph
Explicit cloud representation in the Atmos 1D climate model for Earth and rocky planet applications
1D气候模式没有3D全球环流模式复杂，但它们的计算时间要少得多，允许在短时间内进行大量运行，以探索广泛的参数空间。探索参数空间对于预测系外行星的可观测性质特别重要，因为很少有参数是确定的。因此，一维气候模式仍然是行星研究中非常有用的工具。在大多数这些一维模型中，云并没有在大气中物理表示，尽管对行星辐射收支有着众所周知的重大影响。这种影响是通过人为提高地表温度来模拟的，以便重现平均地面温度（即现代地球的288 K）和大气层顶部的辐射平衡。这种云的非物理表示导致大气长波和短波通量与观测数据不匹配。此外，这项技术代表了一个高度适应现代地球气候的参数，可能不适合偏离现代地球气候条件的行星。在本文中，我们提出了一个更新的气候模式在Atmos 1D大气建模包与云的物理表示。我们表明，这种物理表示的云在大气中允许长波和短波通量，以配合观测数据。这一改进将使我们能够研究各种多云岩石行星的能量通量，并增加我们对未来模拟温度分布和净能量平衡的信心。
2018-11-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
