Constraining the climate and ocean pH of the early Earth with a geological carbon cycle model
早期地球的环境是有争议的。气候估计范围从炎热到冰川，推断海洋pH值从强碱性到酸性。更好地了解早期气候和海洋化学将提高我们对生命起源及其与环境共同进化的认识。在这里，我们使用的地质碳循环模型与海洋化学计算气候和海洋pH值的自洽的历史。我们的碳循环模型包括一个经验合理的温度和pH值依赖海底风化，允许大陆和海底风化的相对重要性进行评估。我们发现，由于大陆和海底风化的综合负反馈，太古代气候可能是温和的（0-50 °C）。海洋pH值从4.0Ga的6.6（+0.6，-0.4）（2σ）到太古宙-元古代界线的7.0（+0.7，-0.5）（2σ），再到元古代-古生界界线的7.9（+0.1，-0.2）（2σ），呈单调变化。这种演变是由pCO 2的长期下降，这反过来又是增加太阳光度的结果，但大陆和海底风化提供的碳酸盐碱度缓和。太古代海底风化作用可能是一种与大陆风化作用相当的碳汇，但其主导作用不如以前所认为的那么大，因此不会导致全球冰川作用。我们展示了这些结论是如何强大的大陆生长，内部热流演化和放气历史，温室气体丰度，并在生物增强风化的变化范围广泛的情况。
2018-04-02 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
Evolution of the Archean Atmosphere
本文回顾太古宙大气从无生命状态向受生命显著影响成分与气候的转变过程，梳理关键机制与演化阶段。
2024-09-19 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Pale Orange Dot: The Spectrum and Habitability of Hazy Archean Earth
认识到一颗行星是否可以支持生命是未来系外行星光谱表征任务的主要目标，但过去对可居住性评估的研究在很大程度上忽略了我们星球漫长的可居住历史中存在的截然不同的条件。这项研究模拟了地球历史上一个可居住但又截然不同的阶段，当时大气层中含有类似泰坦的富含有机物的薄雾。先前的研究声称，一个烟雾丰富的太古代地球（38 - 25亿年前）将由于烟雾的冷却效应而被冻结。然而，没有以前的研究自洽地考虑到气候，光化学和分形霾。在这里，我们使用耦合的气候-光化学-微物理模拟来证明，雾霾可以使地球表面冷却约20 K，但即使在较暗的年轻太阳下，液态表面水的可居住条件也可以保持相对较厚的雾霾层（200 nm处的τ ~ 5）。我们发现，光学厚雾是自我限制，由于其自屏蔽性能，防止灾难性的冷却的星球。雾霾甚至可以通过紫外线屏蔽来增强行星的可居住性，与无雾霾的行星相比，减少了约97%的表面紫外线通量，并可能使2.6.2.7亿年前的陆地生物得以生存。这种薄雾产生的广泛的紫外线吸收特征可能在星际距离上都是可见的，从而可以描述类似的朦胧系外行星。太古代地球大气层中的薄雾强烈依赖于生物产生的甲烷，我们提出碳氢化合物薄雾可能是一种新型的光谱生物特征与大量的二氧化碳水平的行星。朦胧的太古宙地球是我们对环境条件有地球化学限制的最陌生的世界，为类似的可居住的缺氧系外行星提供了有用的模拟。
2016-10-14 astro-ph.EP
The Effect of Ocean Salinity on Climate and Its Implications for Earth's Habitability
大气成分对现今和早期地球气候的影响已经得到了广泛的研究，但海洋成分的作用受到的关注较少。我们使用ROCKE-3D海洋大气环流模式来研究地球现今和太古代气候系统对低盐度和高盐度的响应。我们发现，更咸的海洋产生更温暖的气候，在很大程度上是由于海洋动力学的变化。海洋盐度从20克/千克增加到50克/千克，导致我们今天地球上的海冰覆盖面积减少71%。同样的盐度变化也使pCO $_2$阈值减半，在该阈值下，在我们的太古代情景中发生雪球冰川作用。结合更高水平的温室气体，如CO $_2$和CH $_4$，一个更咸的海洋可能允许一个温暖的太古宙地球，尽管从太阳接收的能量减少了20%，但两极只有季节性冰。
2022-05-13 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean Earth with graphite-saturated magmas
火山气体提供了地球早期大气的很大一部分，但对其流量的限制很少。在这里，我们的模型如何C-O-H脱气可能已经通过晚冥古宙和早太古代的条件下，全球板块构造尚未启动，所有的脱气是subaerative，石墨是稳定的碳相在熔体源区。该模型完全耦合数值地幔对流，分配到熔体中的挥发分，在气相中的化学形态。地幔氧化态（可能没有达到太古代晚期的冥古宙值）是对个别物种脱气率的主要控制，因为它影响玄武岩岩浆的碳含量和脱气挥发物的物种形成。来自地幔的火山气体比铁-方铁矿矿物氧化还原缓冲剂更还原，几乎不含CO2，因为（i）碳酸根离子仅以非常有限的量溶解在岩浆中，（ii）几乎所有脱气的碳都以CO而不是CO2的形式存在。对于氧化地幔附近的石英-铁橄榄石-磁铁矿缓冲区，我们预测中位数CO2出气率小于约5 Tmol/年，仍然低于许多太古代气候研究中使用的出气率。相对较弱的释气部分是由于氧化还原限制的石墨饱和熔体中的CO2含量，也到一个停滞的盖政权的上地幔挥发物的低效补充。我们的研究结果指出，在微弱的年轻太阳下，火山温室维持一个温暖的气候需要某些化学和地球动力学的先决条件。
2021-08-30 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Meta-modelling the climate of dry tide locked rocky planets
位于太阳系外的岩石行星很可能被潮汐锁定在1：1的自旋轨道共振中，这种配置使它们呈现出永久的昼侧和夜侧。由于由此产生的昼夜温度梯度，这些行星的气候和大规模环流强烈取决于其大气层的稳定性，而大气层的稳定性是指温室气体的失控冷凝。为了更好地限制位于其主星宜居带的岩石行星的表面条件，因此，阐明控制昼夜热量再分配的机制至关重要。作为第一次尝试弥合从理想化模型到3-D大气环流模型（GCM）的多种建模方法之间的差距，我们开发了一个大气环流元模型（GCMM），能够再现分析模型提供的封闭形式的解决方案和从GCM模拟获得的数值解。我们使用这种方法来验证地球大小的岩石行星的大气稳定性，这些行星具有含有CO2的干燥大气，并且我们使用THOR GCM将其与3-D GCM模拟进行了基准测试。我们观察到，崩溃发生的崩溃压力可以变化约40%左右的分析标度律的预测值取决于辐射转移，大气动力学和湍流扩散之间考虑的机制。特别地，我们发现：（i）在昼侧行星边界层（PBL）中发生的湍流扩散，除了光学薄区和光学厚区之间的过渡区外，在全球范围内都倾向于使夜侧表面半球变暖;（ii）PBL也显著地影响昼夜平流时间尺度，以及（iii）从归一化赤道Rossby变形半径大于2的时刻起，慢转子近似成立。
2022-03-28 astro-ph.EP
The atmospheric circulation and climate of terrestrial planets orbiting Sun-like and M-dwarf stars over a broad range of planetary parameters
最近发现的温带类地行星绕附近的恒星和承诺的特点，其大气激发了需要了解的多样性可能的行星参数如何影响气候的类地行星。在这项工作中，我们调查的大气环流和气候的类太阳和M-矮星的类地系外行星的轨道上广泛的可能的行星参数，包括行星自转周期，表面压力，入射恒星通量，表面重力，行星半径和云粒子大小。我们这样做使用的大气环流模式（GCM），其中包括非灰色辐射转移和云的影响。从这套模拟的结果一般表现出定性相似的依赖关系的环流和气候的行星参数作为理想化的GCM，与定量的差异，由于包括额外的模型物理。值得注意的是，我们发现有效云粒子大小是一个关键的未知参数，可以极大地影响类地系外行星的气候。我们证实了低和高白昼侧云覆盖率的同步旋转的类地行星旋转周期增加之间的过渡。我们确定，这种云的过渡是由于涡驱动的收敛附近的亚恒星点，不应该是参数化依赖。最后，我们计算全相位光变曲线从我们的模拟行星绕M-矮星，发现改变入射恒星通量和旋转周期影响可观察到的属性的类地系外行星。我们的GCM结果可以指导对未来太空望远镜观测到的广泛可能的类地系外行星的行星气候的预期。
2019-02-08 astro-ph.EP
Cumulus Parameterization: Those Who Can Remember the Past Are Condemned to Repeat It
湿对流在地球热带的动力学和能量收支中起着主导作用，并影响着地球气候对温室气体增加的敏感性。由于单个对流单体比三维全球气候模式（GCM）的网格小得多，这些模式参数化了湿对流上升气流和下降气流对环境的影响。积云参数化是近半个世纪以来陆地气象学界研究的热点。然而，只有在过去的十年中，GCM与湿对流物理学才被应用于其他行星。由于我们对地球以外的对流云缺乏详细的了解，行星GCM通常采用非常简单的积云参数化方法设计，采用最早的几代陆地GCM。这些参数化是基于对对流的理解在他们的时间突破。然而，在行星GCM开始出现的同时，我们如何看待地球对流的一场悄然的革命已经开始影响地球GCM的设计。在本文中，我们回顾了一些假设中使用的经典积云参数化的行星GCM（仍然在一些陆地GCM），近年来已经让位于更深入地了解对流如何运作，为什么它的重要性大气动力学和气候-在任何星球上。
2017-07-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
Discussion on climate oscillations: CMIP5 general circulation models versus a semi empirical harmonic model based on astronomical cycles
全球地面温度（GST）记录的功率谱揭示了约9.1，10-11，19-22和59-62年的主要周期。分析了将在IPCC（2013）中使用的耦合模式相互比较项目5（CMIP 5）大气环流模式（GCM），发现无法重建这种变率。从2000年到2013.5，观察到GST平台，而GCM预测变暖率约为2K/世纪。相反，气候受特定自然振荡调节的假设更准确地符合多个时间尺度的GST记录。气候对CO2加倍的敏感性应减少一半，例如从IPCC-2007的2.0-4.5 K范围减少到1.0-2.3 K，中值为1.5 C。现代古气候温度重建也得出同样的结论。观测到的自然振荡可能是由天文强迫驱动的。在这里，我提出了一个半经验的气候模式，由六个特定的天文振荡作为建筑师的自然气候变率从十年到千年的尺度加上50%的衰减辐射变暖的分量推导出的GCM平均模拟作为衡量的人为和火山的贡献气候变化。半经验模型重建1850-2013年GST模式显着优于任何CMIP 5 GCM模拟。该模型预测2000-2100年可能的平均变暖范围约为0.3 C至1.8 C，明显低于原始CMIP 5 GCM集合平均范围（1 K至4 K）。
2013-10-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.space-ph
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
The faint young Sun problem
40多年来，科学家们一直试图找到古气候学中最基本问题之一的答案，即“微弱的年轻太阳问题”。对于早期的地球，恒星演化模型预测输入到气候系统的太阳能比今天低25%左右。如果控制地球气候的所有其他参数保持不变，这将导致我们星球历史上的头20亿年里世界完全冻结。然而，有充分的证据表明，在太古代（距今38亿至25亿年）存在液态地表水，甚至生命，因此一定有某种效应（或多种效应）弥补了年轻太阳的微弱。在过去的四十年里，人们提出并探索了各种可能的解决方案，大多数研究都集中在二氧化碳、甲烷或氨等大气温室气体浓度较高的问题上。然而，所有这些解决方案都存在相当大的困难，所以微弱的年轻太阳问题不能被视为已经解决。在这里，我回顾了关于这个问题的研究，包括最新的建议，为解决年轻的太阳微弱的问题和最近的地球化学限制地球的早期大气的组成。此外，我将概述未来研究的最有前途的方向。特别是，我认为，无论是改善地球化学的约束条件的太古代气候系统的状态和数值实验与国家的最先进的气候模型，最终需要评估是什么让海洋在太古代地球上完全冻结。
2012-04-19 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Dynamics of the Great Oxidation Event from a 3D photochemical-climate model
从太古代到元古宙，地球的大气经历了一个从缺氧到氧化的重大转变，大约2.4到2.1 Gyr，被称为大氧化事件（GOE）。这种快速转变可能与臭氧层的形成引起的大气不稳定有关。以前的工作都是基于一维光化学模型。在这里，我们重新审视了GOE与三维光化学气候模型，以调查可能的影响，大气环流和气候之间的耦合和动态的氧化。我们发现，与一维模型相比，日变化，季节变化和运输变化不会带来显着的变化。然而，我们强调了大气光化学损失的温度依赖性。太古代晚期的冷却可能有利于氧化作用的触发。此外，我们表明，休伦冰川，发生在GOE，可能已经引入了波动的氧水平的演变。最后，我们表明，氧气过冲，这是预期发生后不久的GOE，很可能伴随着甲烷过冲。如此高的甲烷浓度可能会对气候产生影响，并可能在休伦冰川的动态中发挥作用。
2022-12-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
3D convection-resolving model of temperate, tidally-locked exoplanets
位于M矮星宜居带的大部分已知的地球大小的系外行星预计将被潮汐锁定。已经进行了许多努力来研究这些行星的气候，特别是使用三维全球气候模型（GCM）。模拟这种极端环境的最大挑战之一是正确表示次网格对流的影响。大多数GCM使用简单的对流调整参数化或复杂的（例如，质量通量方案）地球调谐参数化。改进对流表示的一种方法是使用具有良好空间分辨率的对流解析数值模型（CRM）来研究对流。在这项研究中，我们开发了一个CRM耦合的非流体静力学核心WRF与辐射转移和云/降水模式的LMD通用气候模式，研究对流和云潮汐锁定行星，重点是Proxima b。模拟了一组3个地面温度（对应于三个不同的入射通量）和2个旋转速率，假设地球一样的大气。我们的研究的主要结果是，虽然我们恢复的预测，（低空）云clouddo随着恒星通量的增加而增加，云反馈是弱得多，由于对流的瞬时聚集导致低部分云量。
2021-04-12 astro-ph.EP
Climate Bistability at the Inner Edge of the Habitable Zone due to Runaway Greenhouse and Cloud Feedbacks
本文利用两柱两层气候模型研究宜居带内边缘气候双稳态的物理机制，证明失控温室效应与云反馈耦合导致该双稳态，并确定控制分岔位置和双稳态大小的关键参数，为JWST目标优先排序和观测解释提供依据。
2024-08-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
Effects of variable eccentricity on the climate of an Earth-like world
开普勒时代的系外行星发现为天文学界提供了一个与我们居住的系统非常不同的行星系的聚宝盆。人们早就知道木星在火星的轨道参数和气候中起着重要作用，但人们也长期认为，如果不是因为它的大卫星，木星也会对地球发挥类似的作用。使用一个三维大气环流模式（3-D GCM）与完全耦合的海洋，我们模拟会发生什么样的气候的地球一样的世界，如果火星不存在，但一个类似行星更接近地球的轨道。我们调查了两种情况，涉及类地行星的轨道偏心率从0- 0.283超过6500年，从0- 0.066的时间尺度为4500年的演变。在这两种情况下，我们发现，他们将保持相对温和的气候在模拟的时间尺度。随着我们继续调查天空，将发现多行星系统中更多的类地行星，本文的结果表明，大型气体巨行星的接近可能在这些世界的可居住性中发挥重要作用。这是第一个这样的三维GCM模拟使用一个完全耦合的海洋与行星轨道，随着时间的推移，由于一个巨大的行星的存在而演变。
2016-12-22 astro-ph.EP
Radiative forcings for 28 potential Archean greenhouse gases
尽管在太古代晚期日照减少，但有证据表明温暖的气候可能是由更强的温室效应维持的，即所谓的微弱年轻太阳问题（FYSP）。二氧化碳和甲烷通常被认为是这种增强的温室效应的主要成分，尽管已经提出了许多其他气体。我们提出了高精度的辐射强迫的CO2，CH 4和26其他气体，执行辐射转移计算线逐线分辨率和使用HITRAN 2012年线数据的背景压力为0.5，1，和2巴的大气N2。对于在2.8 Gyr BP（当前太阳光度的80%）下单独解析FYSP的CO2，在0.5 bar的大气N2下需要0.32 bar，在1 bar的大气N2下需要0.20 bar，或者在2 bar的大气N2下需要0.11 bar。对于CH 4，我们发现近红外吸收比以前认为的要强得多，这是由于HITRAN数据库的更新。对于0.5、1或2巴的背景压力，CH 4辐射强迫峰值为10.3、9或8.3 Wm-2，这可能限制了CH 4用于太古代变暖的效用。对于其他26种HITRAN气体，从0.1-1 ppmv的许多气体的浓度获得高达几个到10 Wm-2的辐射强迫。对于20种最强的气体，我们计算了由于重叠造成的辐射强迫的减少。我们还列出了这些气体的现代来源，汇，浓度和寿命，并总结了有关太古代来源和浓度的文献。我们建议这里提供的强迫既可以作为第一个参考，气体可能是好的温室气体，并作为一个标准的一套计算验证的辐射强迫计算的太古代。
2014-09-05 astro-ph.EP physics.ao-ph
Habitability in 4-D: Predicting the Climates of Earth Analogs across Rotation and Orbital Configurations
本研究使用93个ROCKE-3D大气环流模型模拟类地行星在不同自转与轨道参数下的气候，结合拉丁超立方抽样与统计模拟构建宜居性预测模型，发现自转周期是决定陆地宜居性的主要因素，倾角为次要因素。
2024-12-26 astro-ph.EP
How do Planetary Radius and Gravity Influence the Surface Climate of Earth-like Planets?
自1992年以来，大约有4000颗系外行星被确认，对于大多数行星，可以测量的主要参数是行星半径和质量。根据这两个参数，可以估计表面重力。在这项工作中，我们研究了不同的半径和重力对快速旋转的类地行星气候的影响，假设它们有海洋和类地大气（N $_2$，CO $_2$和H $_2$ O）。利用一个三维大气环流模式（3D GCM），研究发现，半径的变化主要影响赤道到极点的地面温度差，而重力的变化主要影响平均地面温度。对于半径较大的行星，纬向大气能量输送较弱，使热带变暖，但使高纬度变冷。对于重力较大的行星，由于饱和蒸汽压仅取决于空气温度，而柱水蒸气质量近似等于重力下的饱和蒸汽压乘以相对湿度，因此表面整体较冷。在我们的实验中，相对湿度变化不大。冰的蒸发和水蒸气的反馈作用进一步放大了半径和重力变化的影响。这些结果表明，半径和重力是行星气候的重要因素，尽管它们不像恒星通量，大气成分和质量以及旋转速率那样重要。未来的模拟需要知道多大的半径和重力会影响宜居带的宽度使用三维GCM。
2019-10-15 astro-ph.EP
Accelerating exoplanet climate modelling: A machine learning approach to complement 3D GCM grid simulations
Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（空间研究所，奥地利科学院）；Institute for Theoretical Physics and Computational Physics, Graz University of Technology（理论物理与计算物理研究所，格拉茨技术大学）；Institute of Physics, University of Graz（物理研究所，格拉茨大学）
本文利用机器学习方法预测系外行星的3D温度和风结构，通过训练神经网络和决策树算法，为系外行星气候建模提供高效工具，提升对空间任务观测数据的解释能力。
2025-08-14 astro-ph.EP cs.LG
A New Line-By-Line General Circulation Model for Simulations of Diverse Planetary Atmospheres: Initial Validation and Application to the Exoplanet GJ 1132b
探索不同的行星大气需要既精确又灵活的建模工具。在这里，我们开发了一个三维大气环流模式（3D GCM），第一次使用线的方法来描述的辐射转移。我们通过与不同的1D和3D模型所做的已发表的结果进行比较来验证我们的GCM。为了证明该模型的通用性，我们将GCM应用到热的地球大小的系外行星GJ 1132 b，并研究其气候和环流，假设大气主要由非生物氧（O $_2$）。我们的模拟结果表明，一个小CO $_2$组成可以改变环流格局大大，加强赤道超旋转特别是。计算的相位分辨光谱表明，超旋转喷流的垂直剖面可以推断在未来的分光光度观测的热点在CO $_2$主要吸收带中心在667厘米$^{-1}$的相移。我们还表明，大气质量可能会受到限制的相位振幅在O $_2$振动的基本频带的行星与O $_2$丰富的大气，虽然进一步的实验和/或理论O $_2$ -O $_2$碰撞引起的吸收数据在高温下需要证实这一点。未来将在GCM中实施更多的物理方案，如潮湿动力学，以便它可以用于解决各种各样的行星气候问题。
2019-05-12 astro-ph.EP
Utility of the Weak Temperature Gradient Approximation for Earth-Like Tidally Locked Exoplanets
M矮星的宜居带中的行星很可能被潮汐锁定，轨道周期为数十天。这意味着旋转对大气动力学的影响相对较弱，这就要求地球大气边界层上方的水平温度梯度较小。通过弱温度梯度（WTG）近似，假设高空温度水平均匀，可以构造一个只有三个自由参数的行星气候解析可解的动力学自洽模式。与3D大气环流模型（GCM）相比，WTG模型的极端数值效率使其成为蒙特卡罗拟合参数空间上的观测值的最佳工具。此外，这种低阶模型对于发展物理直观性和将大气动力学与行星气候其他组成部分的模型相结合至关重要。本文的目的是确定WTG模式是否提供了一个足够的近似值的影响，大气动力学的数量可能会被观察到在未来十年。要做到这一点，我们首先调整一个WTG模型GCM输出一个类似地球的潮汐锁定行星干燥，1巴的大气，然后生成和比较两个模型的预期相位曲线。我们发现，这两个模型之间的差异将是非常难以检测的相位曲线使用JWST。这一结果证明了WTG近似与GCM结合使用时的有用性，作为建模层次的一部分，以了解遥远行星的气候。
2013-08-07 astro-ph.EP
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part IV: stratospheric equatorial oscillation
卡西尼号上的复合红外光谱仪（CIRS）揭示了平流层温度的赤道振荡，让人想起地球的准两年振荡（QBO），以及土星环下的异常高温。为了更好地了解土星平流层大气环流的这些主要特征，我们将在以前的出版物中已经用于研究对流层动力学、喷流形成和行星尺度波活动的伽利略-土星全球气候模型（GCM）扩展到更高的高度。首先，研究了高层模式顶部对对流层纬向急流的影响和动能分布。升高模式顶部可以防止对流层顶能量和涡度拟能的积累。参考GCM模拟与1/2 $^{\circ}$纬度/经度分辨率和一个凸起的模式顶部表现出类似QBO的振荡所产生的解决行星尺度波。然而，周期更不规则，向下传播比观测快。此外，相比CIRS观测反演，模拟的QBO样振荡低估了一半的赤道温度异常的幅度和垂直特征长度的赤道振荡。这类QBO振荡主要是由向西传播的波驱动;一个显着缺乏东向波强迫解释了波动向东阶段的QBO振荡。在北纬20 $^{\circ}$和南纬20 $^{\circ}$，土星-土星大气环流模式交替地在北半球和南半球表现出几个强的季节性东向急流。这些喷流与环的阴影有关。使用GCM模拟没有环的阴影，我们显示其对土星的平流层动力学的影响。剩余平均环流和涡动强迫都受到环阴影的影响。
2020-06-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric convection plays a key role in the climate of tidally-locked terrestrial exoplanets: insights from high-resolution simulations
使用三维大气环流模型（GCM），我们调查潮汐锁定类地系外行星，Trappist-1 e和Proxima Centauri b的气候的敏感性，对流参数化的选择。与质量通量对流参数化相比，简化的对流调整参数化使云的对流度减少60%，使日侧平均温度增加$>$ 10 K。对流的表现也会通过行星尺度波型的变化影响夜晚一侧的大气条件。因此，在我们的模拟中，使用对流调整方案使行星的夜侧冷阱变暖17-36 K。在3D GCM模拟中，昼夜热力对比对对流的表现很敏感，因此在解释排放相位曲线时应谨慎。然而，对流处理的选择并没有改变模拟的气候，足以导致偏离可居住的条件，至少对于我们研究中使用的大气成分和行星参数。Trappist-1 e和Proxima b的近地表条件仍然温和，允许活跃的水循环。我们进一步推进我们的分析，使用高分辨率的模型实验，其中大气对流进行了明确的模拟。我们的研究结果表明，在一个假设的全球对流允许模拟的地面温度的对比度将高于参数化对流的粗分辨率模拟。换句话说，参数化对流模型可能高估了半球间的热量再分配效率。
2020-04-06 astro-ph.EP
Global Climate Modeling of the Martian water cycle with improved microphysics and radiatively active water ice clouds
水冰云的辐射效应对火星大气层、热结构和环流有显著的影响。因此，在LMD火星全球气候模型（GCM）中纳入这些影响极大地修改了模拟的火星水循环。本文的目的是解决辐射活跃的云对大气水蒸气和冰的影响，在GCM和提高其代表性。我们提出了一个新的增强模型的水循环，包括详细的云微物理与动态凝结核和更好地实现常年地表水冰。该物理建模基于可调参数。这个新版本的GCM相比，热发射光谱仪观测的水循环。对水汽和云的不透明度都得到了满意的结果。然而，模拟结果表明，在Ls=180°之后，热带地区缺乏水蒸气，这与观测结果相比在模拟中持续存在，这是远日点云辐射效应加强Hadley环流的结果。每年，我们的GCM模拟表明，北极冰帽上的永久性地表水冰在高于80°N的纬度增加，在低纬度减少。根据SPICAM的观测结果，预测了湿层顶以上的过饱和。该模型还首次表明，水冰云单独清除灰尘无法完全解释观测到的灰尘分离层。
2014-07-28 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Global Climate Model Occultation Lightcurves Tested by August 2018 Ground-Based Stellar Occultation
冥王星的大气轮廓（温度和压力）已经从恒星掩星光变曲线研究了几十年。在本文中，我们查看了Bertrand等人（2020）最近的冥王星全球气候模型（GCM）结果（3D温度，压力和密度场），并使用这些结果通过使用傅立叶光学方案模拟穿过冥王星大气层的光来生成模型观测者的平面强度场（OPIF）和光变曲线（Young，2012）。该方法可以适应任意的大气结构和霾的3D分布。我们将GCM模型光变曲线与2018年8月15日冥王星掩星期间观察到的光变曲线进行了比较。我们发现，最好地再现观测数据的气候情景包括在南半球的N2冰中纬度带。我们还研究了不同的雾度和P/T比分布：雾度有效地降低了中心闪光强度，较低的P/T比既降低了中心闪光强度，又在中心闪光的肩部引起异常。
2021-02-09 astro-ph.EP physics.ao-ph
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part II: multi-annual high-resolution dynamical simulations
卡西尼号任务揭示了土星大气层中强烈而多样的活动：带状喷流，波，漩涡，赤道振荡。为了更好地理解这些现象，我们对土星的大气动力学进行了高分辨率的多年数值模拟。我们为土星建立了一个新的全球气候模型[GCM]，命名为土星GCM，通过将为土星量身定制的辐射季节模型与基于适合并行架构的二十面体网格的流体动力学求解器相结合。数值耗散的影响，和角动量守恒，在模型中检查之前，参考模拟采用土星的GCM与$1/2^{\circ}$经纬度分辨率被认为是分析。中纬度带状急流显示与观测相似，我们的模式再现。这些射流的加速和维持的涡流动量转移到平均流，与动量通量的大小符合观测值。涡动活动随时间的变化不具有规律性，而是呈爆发性，正压和斜压不稳定都可能对涡动活动产生影响。喷流发生的稳定纬度在我们的模型的自旋上升期间由向极迁移控制。在赤道，我们的GCM模拟得到了一个弱超旋转的对流层急流和垂直叠加的交替平流层急流。该模型产生的Yanai（Rossby重力），Rossby和开尔文波在赤道，以及extratroup-Rossby波，并在极地地区的大尺度涡。在对流层中再现土星强大的超旋转喷流和六边形绕极喷流，以及在平流层中向下传播的赤道振荡，仍然存在挑战。
2019-08-01 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Climate and Compositional Variation of the Highly Eccentric Planet HD 80606 b -- the rise and fall of carbon monoxide and elemental sulfur
气体巨星HD 80606 b有一个高度偏心的轨道（e $\sim$ 0.93）。由于恒星辐射的快速变化的变化提供了一个独特的机会，探测物理和化学的时间尺度，并研究气候动力学和大气化学之间的相互作用。在这项工作中，我们提出了综合模型来研究大气响应和潜在的物理和化学机制的HD 80606 b。我们首先运行三维大气环流模式（GCMs），以建立不同的大气金属丰度和内部热量的大气热力和动力结构。基于GCM的输出，我们采用了一维含时光化学模式来研究沿偏心轨道的成分变化。HD 80606 b环流型的转变与前人工作中的动力机制相匹配。我们的光化学模型表明，有效的垂直混合导致深淬火水平的主要碳和氮物种和淬火行为并没有改变整个偏心轨道。相反，光解是时间依赖性化学的主要驱动力。虽然CH $_4$主导CO通过大多数的轨道，一个瞬态的[CO]/[CH $_4$ }] $>$ 1后，近星点被确认为所有的金属丰度和内部热的情况下。即将到来的JWST循环1 GO程序将能够跟踪这种实时CH $_4$ -CO转化并推断化学时标。此外，突然加热和光化学强迫引发的硫物种表现出短期和长期的周期，为探测系外行星上的硫开辟了一条有趣的途径。
2023-03-17 astro-ph.EP
The Effect of Orbital Configuration on the Possible Climates and Habitability of Kepler-62f
由于质量较低的恒星通常拥有多个岩石行星，行星之间的引力相互作用可以在很长一段时间内对气候和可居住性产生重大影响。在这里，我们探讨一个特定的情况下，开普勒-62f，一个潜在的宜居行星在一个五行星系统与K2 V主恒星。N体积分揭示了开普勒-62 f的初始偏心率的稳定范围是$0.00 \leqslant e \leqslant 0.32$，没有额外的未被发现的行星的影响。我们模拟了Kepler-62 f在这个范围内的潮汐演化，发现在一定的假设下，行星可以被锁定在同步旋转状态。使用LMD Generic GCM进行的模拟表明，如果开普勒-62 f的大气层中含有3巴的CO $_2$，那么它的温度只够在这个偏心率范围的上限处形成地表液态水，前提是它具有高行星密度（在60 $^\circ$和90 $^\circ$之间）。如果大气中的CO $_2$增加到5巴的水平，那么在整个稳定的偏心率范围内，类似于现代地球的气候是可能的。在低CO $_2$的情况下，CCSM 4和LMD Generic GCM的模拟表明，行星密度和轨道偏心率的增加，加上一个轨道配置，将夏至放置在近心点或附近，允许行星上的地面温度高于冰点的地区。这可能会融化在寒冷季节形成的冰盖。如果开普勒-62 f同步旋转，并且有海洋，则需要高于3巴的CO $_2$水平将足够的热量分配到行星的夜晚，以避免大气冻结，并允许行星的亚恒星点有足够大的开…
2016-03-03 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
Faint young Sun paradox remains
地球年轻时的太阳较暗，但气候一般至少和今天一样温暖;这被称为“年轻太阳暗淡悖论”。Rosing等人[1]声称，这个悖论可以通过使早期地球的云层和表面反射率降低来解决。我们表明，即使有最强的合理假设，减少云和表面的反射不足的两个因素解决的悖论。一个温和的太古代气候不能与Rosing等人[1]提出的低水平的二氧化碳相协调;需要一个更强的温室效应。
2011-05-30 astro-ph.EP physics.ao-ph
Is the faint young Sun problem for Earth solved?
恒星演化模型预测，太阳光度在过去较低，在太古代（3. 8 - 2. 5 Ga）通常低20- 25%。尽管太阳变暗了，但有强有力的证据表明当时地球表面存在液态水。这个“微弱的年轻太阳问题”是古气候学中的一个基本问题，对早期地球、早期火星和系外行星的可居住性具有重要意义。根据温室气体、大气压力、云层、土地分布和地球自转速率的影响，提出了许多解决办法。在这里，我们回顾了地球的微弱年轻太阳问题，强调了早期地球大气层的最新地质和地球化学限制，以及3D全球气候模型和碳循环模型的最新结果。基于这些工作，我们认为，地球的微弱年轻太阳的问题已经基本上得到解决。未冻的太古代海洋可能是由更高浓度的二氧化碳维持的，这与最新的地质代用指标一致，可能是由于额外的变暖过程。这加强了碳循环在维持类地行星可居住性方面的预期关键作用。需要对太古代大气和三维完全耦合的大气-海洋模型进行额外的约束来验证这一结论。
2020-06-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Low-order Model of Water Vapor, Clouds, and Thermal Emission for Tidally Locked Terrestrial Planets
基于复杂系统最小化建模的思想，我们建立了一个理想化的双柱模型，用来研究M型矮星宜居带中具有类地大气的潮汐锁定类地行星的气候。该模式能够近似三维（3D）大气环流模式（GCM）模拟得到的气候的基本特征。双柱模型成功的一个重要原因是它再现了GCM模拟的高云密度，这降低了地球的温度，推迟了失控的温室状态的发生。双柱模型还清楚地说明了决定气候的第二种机制：夜面充当“散热鳍”，红外线能量很容易通过它损失到太空中。这种散热片是由逆温和干燥的空气在夜面维持的，并发挥着类似于现代地球上的亚热带的作用。由于一维辐射-对流模型不能捕捉到云的对流和散热片的影响，它们系统地偏向于一个更窄的宜居带。我们还表明，云参数是最重要的确定昼夜热辐射对比度的两列模型，这减少，并最终逆转恒星通量的增加。这种逆转很重要，因为它可以被未来的太阳系外行星表征任务检测到，这将表明该行星有类似地球的水云，并且可能适合居住。
2014-03-04 astro-ph.EP
Simulations of Water Vapor and Clouds on Rapidly Rotating and Tidally Locked Planets: a 3D Model Intercomparison
对宜居带的内边缘进行鲁棒建模对于确定最有希望的潜在宜居系外行星进行大气表征至关重要。全球气候模式（GCM）已成为计算这一边界的标准工具，但不同的GCM之间出现了不同的结果。在这项研究中，我们进行了一个相互比较的标准GCM在现场使用的快速旋转的行星接收G-星光谱能量分布和潮汐锁定的行星接收M-星光谱能量分布。有云和无云的实验进行了检查。我们发现在全球平均地面温度模拟模型之间的G-星云的情况下，相对较小的差异（8 K内）。相比之下，全球平均地面温度模拟M星的情况下是高度发散（20-30 K）。此外，即使在云关闭时，模拟的地面温度的差异也是显著的。这些差异是由云模拟和/或辐射转移的差异以及大气动力学和这两个过程之间复杂的相互作用造成的。例如，我们发现，大气对短波辐射吸收的增加会导致全球高海拔地区的相对湿度增加，因此，发射到太空的行星辐射会显著减少。这项研究强调了根据各种GCM模拟得出行星气候结论的重要性，并促使最终将GCM结果与陆地系外行星观测结果进行比较，以提高其性能。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Idealized 2D Cloud-Resolving Simulations for Tidally Locked Habitable Planets
云对行星气候和可居住性至关重要，但它也是研究太阳系内外行星最具挑战性的部分之一。在这里，我们使用一个高分辨率（2公里）的云解析模式（CRM）在一个二维（2D）的配置来模拟潮汐锁定的水行星上的云和环流。我们发现，亚恒星区域被深对流云覆盖，夜面主要是低层云，这两个是由全球尺度的沃克环流。我们进一步发现，一个均匀的表面变暖导致的亚恒星云的宽度减少，但昼夜地面温度对比度的减少或长波辐射冷却率的增加导致的亚恒星云的宽度增加。这些关系可以根据简单的热力学理论得到粗略的解释。比较了CRM和全球三维大气环流模式（GCM）的结果，发现两者在沃克环流、星下云系以及星下上升面积和强度对地面温度或纬向对比度变化的响应等方面表现出了定性一致的结果。但是，云水路径的大小、云的宽度以及它们对外强迫的响应存在着很大的数量差异。这些结果增加了我们的信心，使用GCM模型外行星气候，虽然大的定量不确定性应该总是存在。未来的工作需要使用三维CRM（s）与现实的辐射转移和科里奥利力来检查潮汐锁定行星的云和气候。
2022-06-16 astro-ph.EP
Modeling pN2 through Geological Time: Implications for Planetary Climates and Atmospheric Biosignatures
氮是地球上所有生命的主要营养素，并且很可能在地外生物圈中发挥类似的作用。地球表面氮的主要储存库是大气中的N2，但最近的研究提出，这个储存库的大小可能在地球历史的过程中波动很大，在新太古代的水平特别低-可能是生物活动的结果。我们使用了一个地球化学箱模型来测试哪些条件是造成大气N2压力大幅波动的必要条件。我们的模型的参数受到现代地球的观测和重建的生物质埋藏和氧化风化在深的时间。一个一维气候模式被用来模拟对大气气候的潜在影响。在第二组测试中，我们扰动了我们的盒子模型，以研究哪些参数对大气pN 2的演变影响最大，并考虑对其他行星上氮循环的可能影响。我们的研究结果表明，（a）在太古代，需要高速率的生物质埋藏，以将大气pN 2降低到不到现代水平的一半，（b）由此产生的对温度的影响可能已经通过增加太阳光度和pCO 2的温和增加得到补偿，以及（c）大气氧化可能通过氧化风化引发了逐步pN 2反弹。一般来说，生命似乎是类地行星上大气pN 2显著波动的必要条件。我们的研究结果进一步支持了这样一种观点，即富含N2和O2的系外行星大气是产氧生物圈的标志。
2016-12-08 astro-ph.EP
Impact of Clouds and Hazes on the Simulated JWST Transmission Spectra of Habitable Zone Planets in the TRAPPIST-1 System
TRAPPIST-1系统由一颗超冷的主恒星组成，拥有七颗已知的地球大小的行星，将成为JWST大气特征描述的主要目标。然而，大气分子种类的可探测性可能受到云和/或霾的存在的严重影响。在这项工作中，我们进行3-D的大气环流模式（GCM）模拟与LMD通用模式补充1-D的光化学模拟在终止与大气模型模拟几种可能的大气TRAPPIST-1 e，1f和1g：1）现代地球，2）太古代地球，和3）CO2丰富的大气。JWST合成凌日光谱是使用GSFC行星光谱发生器（PSG）计算的。我们发现，TRAPPIST-1 e，1f和1g的大气，云和/或霾，可以检测到使用JWST的NIRSpec棱镜从CO2吸收线在4.3微米在小于15个过境在3西格玛或小于35过境在5西格玛。然而，我们的分析表明，其他气体需要数百（或数千）次凌日才能被检测到。我们还发现，H2O，主要局限于低层大气中，是非常具有挑战性的检测这些行星或类似的系统，如果行星的大气不是在一个潮湿的温室状态。这一结果表明，使用大气环流模型，自洽地考虑到云和欠饱和的影响，对于评估有关大气分子的可探测性以及以一种更全面的（因而更可靠和更相关的）办法解释未来的探测至关重要。
2019-11-19 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
Near the Runaway: The Climate and Habitability of Teegarden's Star b
该研究通过三维气候模型模拟，评估蒂加登星b在不同辐照度下的宜居性，发现最新辐照度下其宜居，但接近失控阈值，需多模型比较验证。
2025-10-24 astro-ph.EP
Multiple moist climate equilibrium states on arid rocky M-dwarf planets: A last-saturation tracer analysis
围绕附近红矮星（M矮星）运行的类地系外行星是第一个适合在不久的将来进行大气表征的潜在宜居系外行星。了解这些行星上冷阱区域中水的稳定性至关重要，因为它直接影响透射光谱观测，全球能量预算和长期地表水演化。在这里，我们诊断的湿度分布在理想化的大气环流模型（GCM）模拟的类地系外行星。我们使用“最后饱和度示踪”技术来研究航空包裹的饱和度统计。我们发现，在同步旋转的行星上，对流层上部的夜侧水蒸气丰度对行星旋转的依赖很弱，而更多的水蒸气建立在快速旋转的行星上的夜侧对流层下部。然后，我们讨论了如何最后饱和度统计可以阐明多个潮湿的气候平衡态同步和异步旋转的干旱行星。结果表明，多个湿润气候状态是由星下高层大气与冷表面区域之间的冷捕获竞争引起的。我们发现，快速同步旋转的行星往往会因为其弱的大气和强的表面冷阱相比，缓慢旋转的情况下，在夜面的表面水陷阱。这些结果阐明了干旱岩石系外行星上水循环的性质，并将有助于解释未来的大气观测。
2021-08-27 astro-ph.EP
The Coupled Impacts of Atmospheric Composition and Obliquity on the Climate Dynamics of TRAPPIST-1e
本文利用ExoCAM GCM模拟TRAPPIST-1e在0°–90°倾角和0.0004–1巴CO₂下的气候，揭示倾角与大气成分对急流、云层及热相位曲线的耦合影响。
2024-05-10 astro-ph.EP
Carbon cycle instability for high-$\mathrm{CO_2}$ exoplanets: Implications for habitability
本研究利用GCM模拟发现，高CO₂、低辐照系外行星上的水文循环和硅酸盐风化随升温而减弱，可造成碳循环失稳，从而削弱经典宜居带外缘的宜居性。
2024-05-08 astro-ph.EP
Evaluating Habitability and Biosignature Detection on TOI-700 d: The Role of UV Environment and Atmospheric Pressure
Mackenzie Presbyterian University（麦肯锡长老会大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过分析紫外辐射和大气压力对TOI-700 d的宜居性及生物特征检测的影响，发现不同紫外条件下大气中烟雾和臭氧的形成对地表保护和信号增强具有不同作用。
2025-10-16 astro-ph.EP
The THOR+HELIOS general circulation model: multi-wavelength radiative transfer with accurate scattering by clouds/hazes
大气环流模型（GCM）为解释潮汐锁定系外行星大气的多波长、多相位数据提供了背景。在本研究中，非流体静力学的THOR GCM耦合与HELIOS辐射转移求解器的第一次，由平衡化学求解器（FastChem），不透明度计算器（HELIOS-K）和米氏散射程序（LX-MIE）的支持。为了准确地处理中大型气溶胶/凝结体的辐射散射，改进的双流辐射转移是第一次在GCM内实现。多重散射是使用托马斯算法制定的双流通量的解决方案，这减少了约2个数量级的计算时间相比，在过去版本的HELIOS中使用的迭代方法。作为一个案例研究，我们提出了四个GCM的热木星WASP-43 b，在那里我们比较的温度，速度，熵，和流函数，以及合成光谱和相位曲线，运行使用常规与改进的双流辐射转移和等温与非等温层。虽然全球气候在质量上是稳健的，但合成光谱和相位曲线对这些细节很敏感。一个THOR+HELIOS WASP-43 b GCM（球面上的水平分辨率约为4度，具有40个径向点），具有多波长辐射转移（30个k表箱），运行3000个地球日（864，000个时间步长），根据GPU的类型，大约需要19-26天才能完成。
2022-03-07 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
Effects of Ozone Levels on Climate Through Earth History
本研究利用CESM三维大气环流模型及一维辐射通量计算，揭示了地球历史中臭氧水平变化通过平流层温度、云量及大气环流影响全球气候的机制，为理解大气演化提供了关键依据。
2023-07-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
Smaller Sensitivity of Precipitation to Surface Temperature under Massive Atmospheres
降水及其对强迫的响应是行星气候系统的一个重要方面。在这项研究中，我们研究了不同的大气质量的实验中的降水强度及其对地面变暖的响应，使用三个全球大气环流模式（GCMs）和一个区域云解析模式（CRM）。我们发现，当大气质量较大时，对于给定的地面温度，降水是较弱的。大气质量越大，降水量随地面温度升高的增加率越小。这些行为可以基于大气或表面能平衡来理解。大气质量影响瑞利散射、大气中的多次散射、压力展宽、直减率，从而影响降水强度。这些结果对早期地球、早期火星和有海洋的系外行星的气候和宜居性具有重要影响。
2022-09-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
Bridging Clarity and Accuracy: A Simple Spectral Longwave Radiation Scheme for Idealized Climate Modeling
提出用于晴空长波辐射传输的简单谱模型SSM，通过解析拟合和二流求解器在物理准确性与概念清晰度间取得平衡，有效缓解灰体辐射偏差并准确模拟理想化气候状态。
2025-08-12 astro-ph.EP physics.ao-ph
Moist convection is most vigorous at intermediate atmospheric humidity
在地球目前的气候中，潮湿的对流上升气流速度随着地表变暖而增加。这种趋势表明，在极端炎热和潮湿的大气中，非常活跃的对流可能是常态，例如那些经历失控的温室转变的大气。然而，理论和数值证据表明，对流实际上是温和的水蒸气占主导地位的大气，这意味着对流活力可能会在一些中间湿度水平的峰值。在这里，我们进行了小域对流解析模拟的类地大气在很宽的范围内的地面温度，并确认确实有一个峰值的对流活力，我们表明发生在Ts ~ 330 K。我们发现，当水蒸气的相对丰度通过改变在固定的T_s的背景（非冷凝）气体的量而改变时，对流活力存在类似的峰值，这可能对地球的气候和大气化学在冥古宙和太古代。我们还表明，类钛热力学（即，一个厚的氮气大气层与冷凝的甲烷和低重力）产生的对流活力的峰值T_s ~ 95 K，这是奇怪的接近目前的地面温度的土卫六。绘制成云底饱和比湿的函数，当云底空气中含有大约10%的可凝气体时，来自地球和泰坦实验的对流活力指标都达到峰值。我们的研究结果指出了一个潜在的共同现象，在陆地大气中：湿对流是最有力的可凝结组分之间的稀释和非稀释丰度。
2023-01-09 astro-ph.EP physics.ao-ph
