Decrease in hysteresis of planetary climate for planets with long solar days
在宜居带内快速旋转的类地行星上的冰反馈会导致温暖状态和雪球（冰覆盖）状态之间的突然转变（分叉），这些状态之间的双稳态，以及行星气候的滞后。这对行星的可居住性很重要，因为雪球事件可能会引发生命复杂性的上升，但也可能危及已经存在的复杂生命。最近的工作表明，行星潮汐锁定在同步旋转状态将平稳过渡到雪球状态，而不是经历分叉。在这里，我们调查的结构，雪球分叉的行星潮汐的影响，但不同步旋转，使他们经历长的太阳日。我们使用PlaSIM，一个中等复杂度的全球气候模式，热力学混合层海洋和太阳的光谱。我们发现，滞后量（在恒星通量的范围内，有气候的双稳态）是显着减少太阳日的长度为几十个地球日，和太阳日的数百个地球日消失。这些结果表明，潮汐影响的行星轨道M和K-恒星，不同步旋转可能有更少的滞后与雪球分叉比他们会，如果他们迅速旋转。这意味着它们通过CO $_2$脱气而逃离雪球状态所花费的时间量将大大减少，如果它们具有低的CO $_2$脱气速率，则在温暖状态和雪球状态之间循环的时间也将大大减少。
2018-01-31 astro-ph.EP
A Stochastic Parameterization of Non-Orographic Gravity Waves Induced Mixing for Mars Planetary Climate Model
本文为火星行星气候模型提出非地形重力波诱发混合的随机参数化方案，统一推导重力波与混合形式，模拟显示涡流扩散系数为1E4-1E9 cm2 s-1，湍流层顶在70-140公里，显著影响高层大气示踪输运与逃逸。
2025-10-23 astro-ph.EP
Preliminary Analysis of Planetary Characteristics, Dynamics, and Climates from the Systems Alliance Planetary Survey Catalogue
在发现卡戎中继器和随后的第一次接触战争之后的几十年里，人们对由普罗米修斯质量中继器连接的行星的人口知之甚少。了解这些系统的性质以及它们与我们银河系中更广泛的行星系统有何不同，对于人类在更广泛的银河系中继续居住以及我们对普罗thean文明的理解至关重要。是什么因素促使他们选择行星系统？通过描述这些系统，我们可以窥视普罗米修斯的社会和文化，并推断出促使他们在银河系扩张的偏好。在这项研究中，我们对系统联盟行星调查中记录的系统进行了广泛的分析，研究了它们的动力学稳定性，轨道特性和有人居住的世界的气候。我们发现，联盟的数据是不一致的行星系统动力学的现代理解，以及我们的理解地球一样的气候动力学。我们认为这部分是由于联盟的安全相关数据混淆，部分是由于Protheans的真实偏好。
2021-04-01 astro-ph.EP physics.pop-ph
CO$_2$ ocean bistability on terrestrial exoplanets
二氧化碳在大气层和岩石行星内部之间的循环可以稳定全球气候，并使行星的地面温度在地质时期高于冰点。然而，全球碳收支的变化和行星子系统之间不稳定的反馈循环可能会使岩石系外行星的气候不稳定，走向太阳系中未知的制度。在这里，我们进行晴朗的天空大气辐射转移和表面风化模拟，以探测气候平衡的稳定性岩石，海洋轴承系外行星在星座相关的行星系在外部地区的星周宜居带。我们的模拟表明，行星轨道G-和F-型恒星（但不是M-型恒星）可能会显示出类似地球的气候状态与有效的碳封存和替代稳定的气候平衡，CO $_2$冷凝在表面，形成一个毯子的笼形水合物或液体CO $_2$之间的双稳态。随着星座的增加和风化作用的减弱，后一种状态在凉爽的地表CO $_2$ -冷凝和炎热的非冷凝气候之间振荡。CO $_2$的气候可能出现在行星历史的早期，并保持稳定数十亿年。与气候稳定的行星种群相比，二氧化碳冷凝气候在$p$ CO $_2$与星座中遵循相反的趋势，这表明这些不同气候类别之间存在观测歧视的可能性。
2022-10-01 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
Using the Climate App to learn about Planetary Habitability and Climate Change
简单的气候模型已经存在了一个多世纪，但最近又重新流行起来：它们有助于解释全球变暖和太阳系外行星的可居住性。气候应用程序（www.climateapp.ca）是一个基于网络的交互式应用程序，描述了控制行星气候的辐射转移。该应用程序目前有法语和英语版本，适用于高中到大学生的教学或公共宣传。初学者版本可以用来探索温室效应和行星的引力，足以解释人为气候变化，微弱的年轻太阳Parket，TRAPPIST行星的可居住性和其他简单的场景。还有一个先进的选择与更多的大气层，并纳入吸收和散射的短波辐射的学生和教育工作者希望更深入地了解大气辐射转移。一些教学活动正在进行beta测试和推出。
2021-10-26 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.ed-ph
Climate bistability of Earth-like exoplanets
在大约5亿年前，我们的星球很可能经历了暂时的雪球状，大陆和海冰覆盖了它的大部分表面。这表明地球气候具有潜在的双稳态，对于相同的外部强迫，至少可以有两种不同的（统计）平衡态（即，太阳辐射）。在这里，我们探讨了在类地系外行星中发现行星气候的可能性，并考虑了通过改变半长轨道轴（因此，接收到的恒星辐射），偏心率和偏心率以及大气压力获得的行星气候的性质。为了实现这一目标，我们使用类地行星地面温度模型（ESTM），一维能量平衡模型的扩展，提供了一个数值上有效的气候估计参数敏感性研究和长期的气候模拟。在验证ESTM能够再现地球气候双稳性之后，我们确定了检测到气候双稳性的参数空间范围。目前工作的一个有趣结果是，支持气候双稳态的行星条件与维持行星表面复杂多细胞生命所需的条件非常相似。对这一结果的解释值得进一步研究，因为它与系外行星系统中生命的潜在分布有关。
2019-12-11 astro-ph.EP
The Effect of Seafloor Weathering on Planetary Habitability
传统上，一个可居住的行星是一个可以支持液态水在其表面。适居性取决于温度，而温度是由日照和温室效应决定的，主要是由于二氧化碳和水蒸气。二氧化碳水平因火山释气而增加，并因大陆和海底风化而减少。在这里，我使用一个包括两种风化类型的全球平均气候模型来研究类地行星的气候演变。气候对大陆和海底风化的相对贡献很敏感，即使总风化率是固定的。气候还在很大程度上取决于海底风化对二氧化碳分压的依赖性。这两个因素都是不确定的。类地行星有两种平衡的气候状态：（i）无冰状态，其中释气由两种风化类型平衡，（ii）冰覆盖状态，其中释气仅由海底风化平衡。第二个问题以前没有详细探讨过。对于一些行星来说，这两种状态都不存在，气候在冰覆盖和无冰状态之间循环。对于其他一些行星，两种平衡都存在，气候取决于初始条件。由于恒星演化，日照会随着时间的推移而增加，所以行星通常会先遇到被冰覆盖的平衡。这样的行星将保持被冰覆盖，即使随后出现无冰状态，除非气候受到大的扰动。冰覆盖的平衡态覆盖了类地行星相空间的很大一部分。许多通常被分配到恒星的宜居带的行星可能因此变得不适合居住。
2020-05-18 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
Extreme Climate Variations from Milankovitch-like Eccentricity Oscillations in Extrasolar Planetary Systems
尽管我们的太阳系主要以圆形轨道为特征，但迄今为止发现的系外行星表明，这是例外而不是规则。这可能会对系外行星的气候产生至关重要的影响，既因为偏心的类地系外行星可能会有极端的季节变化，也因为偏心轨道上的巨行星可能会激发潜在的宜居类地行星的米兰科维奇式变化，在数千年到数百万年的时间尺度上。一个特别有趣的暗示是，地球被认为在过去的10亿年里至少经历了一次全球冻结的“雪球”状态，当冰盖关闭碳酸盐-硅酸盐循环时，它可能在数百万年的温室气体积累后退出。富含水的太阳系外类地行星有能力承载生命，可能有陷入类似雪球状态的风险。在这里，我们表明，如果一个类地行星有一个巨大的同伴在一个足够偏心的轨道上，它可以经历米兰科维奇振荡的偏心率足够大的幅度融化的雪球状态。
2010-10-11 astro-ph.EP
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
Do planetary seasons play a fundamental role in attaining habitable climates?
一个简单的行星气候不稳定的现象学帐户。这种描述是基于标准模型，在标准模型中，入射恒星辐射和向外热辐射的平衡由有效行星温度来描述。通常，它被发现有三个不同的点，或温度，在那里的辐射的流入与流出通量平衡，即使与保守的边界条件。其中两个点是相对长期稳定的，即对应于冰冻气候的点和对应于炎热气候的点。本文提出的假设是，这是中间第三点的可能性，这是宜居气候的基础。也就是说，由于季节性气候变化的存在，这个最初不稳定的点在很长一段时间内变得相对稳定。这表明轴向倾角，也许还有轨道偏心率的存在，是适居点稳定性的起源。一项涉及倾角、冰盖大小和年长的分析表明，在目前公认的地球热容量值范围内，原本不稳定的可居住点是稳定的。
2016-11-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
Spectrum-driven Planetary Deglaciation Due to Increases in Stellar Luminosity
遥远的行星在全球范围内被冰覆盖，“滚雪球”，状态可能取决于其宿主恒星亮度的增加，以成为表面生命的友好。利用大气环流模式（GCM），我们模拟了一颗行星对一系列F-、G-或M-矮星星群的平衡气候响应。允许完全冰盖和至少部分无冰气候状态的星座范围是衡量行星可能表现出的气候滞后的指标。一个有着高气候滞后的冰雪覆盖的行星，随着星座的增加，对表面冰层覆盖的初始损失和一旦冰川消退开始的突然、极端的冰层损失会表现出更高的抵抗力。我们的模拟表明，气候滞后敏感地依赖于宿主星的光谱能量分布。在固定的CO2条件下，一颗环绕M矮星的行星表现出较小的气候滞后，需要一个较小的星座来启动比行星更热，更亮的恒星。这是由于M-矮行星表面的冰和大气中的温室气体和云对近红外辐射的吸收更高。大气中二氧化碳的增加进一步降低了气候滞后，因为M-矮雪球行星比G-矮雪球行星表现出更大的辐射响应。对于较小的滞后，靠近宜居带外缘的行星将在其进化历史中较早解冻，并且将经历较不突然的全球冰盖转变。
2014-03-14 astro-ph.EP
The Climates of Other Worlds: A Review of the Emerging Field of Exoplanet Climatology
在过去十年中，围绕太阳以外的恒星运行的行星的发现加速了，随着新的空间和地面观测站采用下一代仪器在天空中寻找可居住的世界，这一趋势将继续下去。然而，许多因素和过程会影响行星的可居住性，必须了解这些因素和过程才能准确地确定行星的可居住性潜力。虽然气候模型长期以来一直被用来理解和预测地球上的气候和天气类型，但越来越多的研究人员开始将这些模型应用于太阳系外行星。这项工作提供了一个更好的理解轨道，表面和大气特性如何影响行星气候和可居住性;这些气候效应如何可能改变不同的恒星和行星环境;以及新发现的行星的可居住性和观测特征如何可能受到这些气候因素的影响。这篇综述总结了系外行星气候学新兴领域的起源和演变，讨论了最近的工作，使用层次结构的计算机模型，以确定那些行星最有能力支持生命，并提供了一个一瞥到未来的方向，这个快速发展的子领域的系外行星科学。
2019-09-09 astro-ph.EP
Interior and Climate Modeling of the Venus Zone Planet TOI-2285 b
本研究结合内部结构、挥发物储量与 ROCKE-3D 气候模拟，分析位于 HZ 与 VZ 内的 TOI-2285 b，并用 JWST 光谱预测验证其存在温和气候情景的可能。
2025-05-15 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
Modelling Slope Microclimates in the Mars Planetary Climate Model
Laboratoire de Météorologie Dynamique, Institut Pierre-Simon Laplace (LMD/IPSL), Sorbonne Université, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Polytechnique, École Normale Supérieure (ENS)（气象动力学实验室，皮埃尔-西蒙·拉普拉斯研究所（LMD/IPSL），索邦大学，法国国家科学研究中心（CNRS），巴黎综合理工学院，巴黎高等师范学院）；Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Saclay, CNRS（天体物理研究所，巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心（CNRS））
本文提出了一种在火星行星气候模型中模拟斜坡微气候的参数化方法，通过验证表面温度和霜检测数据，表明斜坡微气候对季节性二氧化碳和水循环影响较小，但与沟壑活动相关。
2023-09-15 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
Stochastic Snowball States in Planetary Climate
Yale University（耶鲁大学）；KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）
该研究将轨道偏心率随机性引入能量平衡模型，发现高平均偏心率下，行星雪球与非雪球状态的随机转变发生在恒星通量范围内，且系统达到稳态的概率降低，提示高偏心率行星或多处于永久瞬态。
2026-10-09 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
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
Effects of transient stellar emissions on planetary climates of tidally-locked exo-earths
本研究利用三维环流模型模拟耀斑等瞬态恒星辐射对潮汐锁定类地行星气候的影响，发现其导致热层冷却、中低层增暖及风速增强，揭示了年轻恒星爆发事件对系外行星大气动力学的重要作用。
2025-06-19 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
Abrupt climate transition of icy worlds from snowball to moist or runaway greenhouse
正在进行的和未来的太空任务旨在确定我们太阳系和更远的地方可能适合居住的行星。行星的可居住性不仅取决于行星当前的恒星日照和大气特性，还取决于其气候的演化历史。有人认为，当它们的宿主恒星变亮时，它们最初的冰盾融化后，冰冷的行星和卫星变得适合居住。在这里，我们通过全球气候模型模拟表明，那些具有不活跃的碳酸盐-硅酸盐循环和低浓度温室气体的冰冷行星和卫星的气候演变并未达到宜居状态。这类行星体的例子有冰质卫星欧罗巴和土卫二，以及某些绕G星和F星运行的冰质系外行星。我们发现，克服行星初始雪球状态所需的恒星通量是如此之大，以至于它们导致了显著的水分流失，并排除了可居住的行星。具体而言，它们超过了潮湿温室极限，即水蒸气在高海拔地区积聚，很容易逃逸，或者超过了失控温室极限，即温室强度增加，直到海洋蒸发。我们认为，一些冰冷的行星体可能会直接过渡到潮湿或失控的温室，而不需要经过一个可居住的类地球状态。
2018-09-05 astro-ph.EP
The Key Factors Controlling the Seasonality of Planetary Climate
有几个不同的因素影响着行星的季节循环。本研究使用大气环流模式和能量平衡模式（EBM）来评估的参数，管理的季节性周期。我们定义了两个度量来描述季节循环，$ϕ_s$，最高温度的纬度移动，和$ΔT$，最大季节温度变化幅度。我们发现，除了预期的依赖性的周期性和轨道周期，季节性一般加强与这些参数的增加，季节性依赖于在一个非平凡的方式上的旋转速率。当季节振幅随着自转速率的减慢而减小时，纬向移动$ϕ_s$向极移动。类似的结果发生在具有增加的扩散率的扩散EBM中。这些结果表明，自转速率对季节循环的影响源于自转速率对大气热量输送的影响。
2022-10-20 astro-ph.EP physics.ao-ph
Carbonate-Silicate Cycle Predictions of Earth-like Planetary Climates and Testing the Habitable Zone Concept
在传统的宜居带（HZ）概念中，CO $_{2}$ -H $_2$ O温室保持表面液态水。通过水介导的碳酸盐-硅酸盐风化循环，大气CO $_{2}$分压（pCO $_{2}$）对地面温度的变化做出响应，从而在地质时间尺度上稳定气候。我们发现，这种风化反馈应该产生一个对数线性关系pCO $_{2}$和入射通量类地行星在HZ。然而，这种趋势是分散的，因为地球物理和物理化学参数可能会变化，例如风化的陆地面积和CO $_2$释气通量。使用耦合的气候和碳酸盐-硅酸盐风化模型，我们量化的可能分散在pCO $_2$与轨道距离整个HZ。从这种分散，我们预测的入射通量和pCO $_2$在HZ的二维关系，并表明它可以检测到至少83（$2σ$）类地系外行星的观测。如果观测到更少的类地系外行星，那么从这种关系来测试HZ假设可能会很困难。
2020-12-01 astro-ph.EP physics.ao-ph
How surfaces shape the climate of habitable exoplanets
在不久的将来，大型地面和空间望远镜将能够观测类地行星。我们探讨如何不同的行星表面可以强烈地影响气候，大气成分，和远程可检测的光谱的陆地岩石系外行星在宜居带取决于主恒星的入射辐射光谱的范围内的太阳类主恒星从F0 V到K7 V。我们更新了一个经过良好测试的一维气候光化学模型，以探索不同的主星不同表面的行星环境的变化。我们的研究结果表明，使用一个波长依赖性的表面反射是至关重要的建模潜在的宜居岩石系外行星。
2020-05-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Importance of 3D General Circulation Models for Characterizing the Climate and Habitability of Terrestrial Extrasolar Planets
虽然最近发现的奇异的新行星类型既挑战了我们的想象力，也拓宽了我们对行星系运作的知识，但系外行星科学最引人注目的目标可能是探测和描述在其他恒星系统中运行的可居住和可能有人居住的世界。在可预见的未来，太阳系外行星的特征将通过行星光谱和时间信号的遥感来进行，同时将这些数据仔细拟合到行星及其大气的先进模型中。类地行星很小，与它们更大的气态兄弟相比，观测起来更具挑战性;然而，在未来十年内上线的天文台将开始允许它们的表征。然而，仅仅投资于观测努力是不够的。为了充分理解我们的大型望远镜在夜空中看到的是什么，需要对行星大气进行全面的建模。在我们寻求描述可居住和可能有人居住的世界时，应使用3D大气环流模型（GCM）来评估潜在的气候状态及其相关的时间和空间相关的可观测信号。3D模型允许耦合，自洽，多维模拟，可以逼真地模拟类地太阳系外行星的气候。通过全面的3D建模获得的对地球系外行星大气的完整理论理解对于解释从当前和计划中的仪器中获取的系外行星光谱至关重要，并且对于设计旨在测量潜在可居住系外行星光谱的未来任务至关重要。我们建议继续为专注于行星和系外行星应用的3D GCM建模团队提供机构支持。
2019-03-12 astro-ph.EP
Pathways to Sustainable Planetary Science
气候变化是对人类未来的一个迫在眉睫的重大威胁。根据国际气候变化专门委员会（IPCC）的数据，我们的排放量估计造成了比工业化前水平高出0.8摄氏度至1.2摄氏度的人为全球变暖。如果AGW继续以目前的速度增长，它可能在2030年至2052年之间达到1.5摄氏度。由于气候变化是由二氧化碳和其他温室气体（GHG）释放到大气层中驱动的，因此，人们普遍认为，缓解气候变化需要向低GHG排放能源、技术和做法过渡。从个人到社区范围系统地实施这种变革，以及由此产生的文化变革和对环境意识和责任的领导，对于减轻AGW迫在眉睫的损害至关重要。鉴于行星科学家对气候变化现实的广泛认识，以及我们通过以身作则来保持信誉的必要性，使自己的职业行为对环境更加负责是适当的。虽然科学家人数很少，行星科学家更是少得多，但大量的学术旅行，参加会议，小组讨论，座谈会和研究合作访问，加上大量使用大型，能源需求高的基础设施，使科学家的“碳足迹”远远高于普通公民。本白皮书重点介绍如何修改我们的活动，特别是与学术旅行相关的活动，可以影响行星科学界的碳足迹，并就社区和资助机构如何最好地参与减轻AGW将造成的损害所需的文化变革提出建议。
2020-09-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Discussion on the spectral coherence between planetary, solar and climate oscillations: a reply to some critiques
在过去的几年里，一些工作提出，行星谐波调节太阳振荡和地球气候。在此，我提出一些批评。对这些数据的详细分析确实支持太阳和气候变化的行星理论。特别是，我表明：（1）全新世和海洋间冰期期间高分辨率宇宙成因10 Be和14 C太阳活动代用记录9.3（MIS 9.3），325-336 kyr ago，在大约103，115，130和150岁（这是产生类似蒙德和道尔顿的大太阳极小期的频带），其可以从基于行星谐波和太阳谐波之间的一般非线性耦合的简单太阳模型推导出;（2）时频分析和先进的最小方差无失真响应（MVDR）幅度平方相干分析证实，在保证足够的光谱分辨率的情况下，在10年和多年尺度上气候记录中存在持续的天文谐波。然而，目前最好的相干性测试只能通过直接比较温度和天文光谱来进行，就像在Sassetta（J. Atmos. Sol.特尔72（13），951-970，2010）。行星、太阳和气候振荡之间的光谱相干性在以下周期得到证实：5.2年、5.93年、6.62年、7.42年、9.1年（主月球潮汐周期）、10.4年（与9.93-10.87-11.86 yr太阳周期谐波有关）、13.8-15.0年、20年、30年和61年、103年、115年、130年、150年和大约1000年。这项工作回应了Cauquoin等人的批评。561，A132，2014）谁忽略了太阳变化的替代行星理论，和霍尔姆（J.大气。So…
2014-11-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Climates of Terrestrial Exoplanets and Biosignatures
Université de Genève（日内瓦大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
PlanetS通过开发气候模型、大气检索技术和关键仪器，推动了系外行星气候研究和生物标记物探测的跨学科进展。
2026-01-29 astro-ph.EP
High-CO2 Climates and Observables in the Outer Habitable Zone
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Blue Marble Space Institute of Science（蓝色大理石空间科学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；American University（美利坚大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Ecole Normale Supérieure（巴黎高等师范学院）；PSL Research University（巴黎文理研究大学）；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Univ. Bordeaux（波尔多大学）
本研究利用3D通用行星气候模型系统研究了外宜居带高二氧化碳行星，发现高CO2影响光谱特征，并确定了区分宜居与不宜居世界的观测差异，强调3D模型对理解此类行星宜居性的必要性。
2026-09-30 astro-ph.EP
EOS-ESTM: A flexible climate model for habitable exoplanets
气候温和的岩石行星为发现太阳系外的宜居世界和生命提供了最好的机会。在过去的几十年里，新的仪器设备和大型观测活动一直受到对可居住世界的追求的推动。旨在研究岩石行星可居住性的气候模型是这些技术和观测努力的重要工具。在这种情况下，我们提出了EOS-ESTM，一个快速而灵活的模式，旨在探索多种气候因素对可居住性的影响，包括那些不受观测约束的因素。EOS-ESTM建立在ESTM的基础上，ESTM是一个季节-纬度能量平衡模式，其特点是对纬向和垂直输送进行了先进的处理。EOS-ESTM的新特点包括：（1）模拟海洋、陆地、冰和云作为温度和恒星天顶距函数的气候影响的参数化;（2）计算由太阳和非太阳型恒星照明的陆地和非陆地成分大气中的辐射转移的程序（EOS）。通过喂EOS-ESTM与地球的恒星，轨道和行星参数，我们得到一个参考模型，满足了大量的地球气候系统的观测约束。非陆地条件的验证试验产生的预测结果与用一系列气候模式获得的可比结果一致。EOS-ESTM在最大温室条件下的行星大气中的应用表明，对于各种行星参数，跟踪HZ外缘的雪球过渡是可能的，为HZ的多参数研究铺平了道路。
2022-06-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
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
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
Solar and planetary oscillation control on climate change: hind-cast, forecast and a comparison with the CMIP5 GCMs
自1850年以来的全球地面温度记录（如HadCRUT 4）的特征是与特定的太阳、行星和月球谐波同步的气候振荡叠加在背景变暖调制上。后者与漫长的千年太阳振荡和大气化学成分的变化（如气溶胶和温室气体）有关。然而，目前的大气环流气候模型，例如将在2013年气专委第五次评估报告报告中使用的CMIP 5大气环流模型，未能重建观测到的气候振荡。作为替代方案，提出了一个经验模式，它使用：（1）一组特定的十年，多十年，长期和千年的天文谐波来模拟观测到的气候振荡;（2）一个0.45衰减的GCM集合平均模拟人为和火山强迫效应。所提出的经验模型通过更好地后推观测到的1850-2012年气候模式，优于GCM。发现：（1）自1850年和1970年以来观测到的变暖中约有50-60%是由自然振荡引起的，可能是由尚未包括在GCM中的调和天文强迫引起的;（2）2000-2040年近似稳定的预测温度;（3）2000-2100年的预估变暖范围在0.3 $^{o}C$和1.6 $^{o}C$之间，明显低于IPCC GCM集合平均预估变暖1.1 $^{o}C$和4.1 $^{o}C$;（4）对$CO_{2}$加倍的平衡气候敏感性以1.35 $^{o}C$为中心，在0.9 $^{o}C$和2.0 $^{o}C$之间变化。
2013-07-14 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Impact of Space Weather on Climate and Habitability of Terrestrial Type Exoplanets
目前在探测类地系外行星方面取得的进展，为确定系外行星大气的特征以及在即将进行的地面和空间飞行任务中寻找生命的生物特征开辟了一条新的途径。为了具体说明我们在其他世界中所知道的有利于生命起源、发展和维持的条件，我们需要了解包括我们年轻的太阳在内的G-K-M矮星周围宜居带中系外行星的天体层、大气和表面环境的性质。全球环境是由来自行星宿主恒星的传播扰动形成的，其形式为恒星耀斑、日冕物质抛射、高能粒子和风，统称为天体层空间天气。它的特性将有助于理解系外行星生态系统如何与其宿主恒星相互作用，以及物理，化学和生物化学条件的规范，这些条件可以为行星气候和可居住性以及行星内部动力学在地质时间尺度上的演变创造有利和/或有害的条件。只有在太阳物理学、天体物理学、行星科学和地球科学的进展相结合的跨学科研究框架内，才能理解（天体）物理、化学和地质过程之间的关键联系。评估主星对气候和类地行星（系外行星）可居住性的影响将大大扩大目前对宜居带的定义，将其扩大到生源带，并为寻找生命特征提供新的观测战略。本文的主要目标是描述和讨论这一跨学科领域的现状和最新进展，并为新兴的系外行星科学和天体生物学领域的未来发展提供新的路线图。
2019-05-19 astro-ph.EP
Using Deep Space Climate Observatory Measurements to Study the Earth as An Exoplanet
尽管它不是作为一个系外行星研究任务设计的，但深空气候观测站（DSCOVR）已经被机会主义地用于一个新的实验，其中地球作为一个代理系外行星。两年多的DSCOVR地球图像被用来产生多波长、单点光源的时间序列，以提取关于行星旋转、云模式、表面类型和绕太阳轨道的信息。在下文中，我们假设地球的这些性质是未知的，而是试图从第一原理推导出它们。然后将这些结论与有关我们星球的已知数据进行比较。我们还使用DSCOVR数据来模拟相位角的变化，以及确定系外行星旋转周期所需的最小数据收集速率。这种利用多波长、反射单点光源的时间演化的创新方法，可以用于检索遥远恒星周围系外行星的一系列固有特性。
2018-05-15 astro-ph.EP
Retrieval of Planetary Rotation and Albedo from DSCOVR data
系外行星的领域已经从系外行星探测的专属领域迅速扩展到包括系外行星的表征。实现这一特性的关键一步将是从高度欠采样的成像数据中检索行星的自转和自转速率。深空气候观测站提供了一个独特的机会，利用地球表面阳光照射的高节奏数据来测试这种检索方法。DSCOVR上有两个美国航天局的仪器可用于完成这一任务：美国航天局的仪器地球多色成像照相机和国家标准和技术研究所高级辐射计。在这里，我们简要介绍了这些仪器的属性和可以用它们的数据产品探索的系外行星科学。这些都是在美国航天局未来的直接成像任务的范围内描述的系外行星。
2015-11-12 astro-ph.EP
Climate Modeling of a Potential ExoVenus
系外行星发现能力对行星质量和半径的敏感性已达到地球范围。这种调查的重点是在宜居带内进行搜索，在那里，现代类地大气可能是一个可行的比较。然而，过境和径向速度的方法的检测偏差在于靠近主恒星，在行星上接收到的通量可能会推动大气进入失控的温室气体状态。其中一颗系外行星开普勒-1649b，从其恒星接收到类似于现代金星从太阳接收到的通量，因此被归类为可能的系外金星。在这里，我们讨论开普勒-1649 b的行星参数与金星的关系，以建立其作为金星类似物的潜力。我们利用大气环流模式ROCKE-3D模拟开普勒-1649 b的地面温度的演变在各种假设下，包括相对大气丰度。我们表明，在我们所有的模拟大气模型迅速偏离温带表面条件对失控的温室迅速上升的地面温度。我们计算透射光谱的演变的大气和讨论这些光谱的背景下，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）近红外光谱仪（NIRSpec）的能力。因此，我们证明了可能失控的温室过渡态的关键大气特征的可探测性，并概述了未来的前景，表征潜在的金星类似物。
2018-11-26 astro-ph.EP
Superhabitability of High-Obliquity and High-Eccentricity Planets
行星的偏心率和偏心率通过塑造入射到行星表面的恒星能量的空间和时间模式来影响气候，从而影响年平均气候和季节变化的幅度。以前的工作已经证明了行星的相似性和偏心率对气候和可居住性的重要性，但大多数研究都没有明确地模拟生命对这些参数的反应。虽然夸张的季节可能会对某些类型的生命造成压力，但最近的一项研究发现，如果假设地球的偏心率为$^{\circ}$ <45，海洋生物活动就会增加。然而，目前还不清楚生命如何应对大于$^{\circ}$ 45的偏心率，比地球大得多的偏心率，或者两者兼而有之。为了解决这一差距，我们使用cGENIE-PlaSim，一个3-D海洋生物地球化学模型耦合到大气环流模型，调查地球一样的海洋生物的响应范围大的结晶度（0-90 $^{\circ}$）和偏心率（0-0.4）。我们发现，海洋生物活动的增加与增加的结晶度和偏心率在整个参数空间，我们认为，包括高结晶度和高偏心率的组合。我们讨论了这些结果的背景下，远程生物签名，我们认为，具有高的dielicity和/或偏心率的行星可能是超级适合居住的世界，特别有利于系外行星生命探测。
2023-03-03 astro-ph.EP
Small Sensitivity of the Simulated Climate of Tidally Locked Aquaplanets to Model Resolution
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是寻找潜在的宜居系外行星的主要目标。几个大气环流模式已被用来模拟其可能的气候，然而，模式的相互比较表明，有很大的差异，即使它们被强迫与相同的边界条件的模式的结果。在本文中，我们研究模型分辨率是否有助于差异。使用大气环流模式ExoCAM耦合到一个50米的板状海洋，我们研究了三种不同的水平分辨率（440 km * 550 km、210 km * 280 km和50 km * 70 km经纬度）和三种不同的垂直分辨率（26、51和74层）的辐射、对流和云的方案。在实验中，全球平均地面温度的差异在5 K以内，行星平均温度的差异在0.007 K以内。这些差异主要来自云反馈、水蒸气反馈以及相对湿度随分辨率增加而减小的趋势。相对小规模的下降气流之间的上升流柱在亚恒星区域更好地解决和干，湿空气之间的混合和砧云和它们的环境之间的分辨率增加而增强。这些减少大气相对湿度和高层云分数，导致较低的晴空温室效应，较弱的云长波辐射效应，随后随着模式分辨率的增加，气候变冷。总体而言，潮汐锁定aquaplanes模式分辨率的模拟气候的敏感性是小的。
2020-06-17 astro-ph.EP
New Results on the Thermodynamical Properties of the Climate System
在本文中，我们利用两个等价的配方的平均速率的物质熵产生在行星系提出一个近似的分裂之间的贡献，由于垂直和突出的水平过程。我们的方法是基于二维辐射场的表面和大气层的一般行星体的顶部。仅用大气顶部的二维场，我们导出了物质熵产生速率和洛伦兹能量循环强度的下界。通过引入一个措施的效率的行星系相对于水平的热力学过程，我们提供了洞察力以前的直觉上的可能性，定义一个斜压热机提取工作的纬向热通量。验证了物质熵产生的近似公式，并将其用于研究工业化前气候条件下PCMDI/CMIP 3数据集中气候模式的全球热力学性质。结果表明，90%左右的物质熵产生是由对流等垂直过程引起的，而大尺度对流热输运仅占10%左右。总物质熵产生通常为55 mWK-1 m-2，偏差约为5%，CM的斜压效率集中在0.055左右。当考虑所考虑的化学量的可变性和协变性时，CM之间的一致性更差，这表明反馈的描述更不确定。
2011-06-07 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
PyATMOS: A Scalable Grid of Hypothetical Planetary Atmospheres
本研究开发了并行化气候建模工具PyATMOS，以现代地球大气为起点模拟多参数下的假设稳态系外行星大气，生成的公开数据集可支撑宜居性评估与相关机器学习研究。
2023-08-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Multi-scale harmonic model for solar and climate cyclical variation throughout the Holocene based on Jupiter-Saturn tidal frequencies plus the 11-year solar dynamo cycle
自1749年以来的太阳黑子记录由三个主要周期组成（9.98，10.9和11.86年）。边频率与木星和土星的大潮周期（9.93年）和木星的潮汐恒星周期（11.86年）有关。基于上述两个行星潮汐频率和木星和土星行星潮汐相的确切日期，加上理论上推导的10.87年中心周期，简化的谐波成分模型揭示了大约115年，61年和130年的复杂准周期干扰/拍频模式，加上大约983年的准千年大拍频周期。我们发现，在用于重建太阳活动的宇宙起源记录和整个全新世的代理气候记录中发现了等效的同步周期。准长期拍振荡后报合理以及已知的长期低太阳活动在上个千年称为奥尔特，沃尔夫，斯波勒，蒙德和道尔顿极小期，以及17 115年的长期振荡发现在过去2000年的温度重建。千禧年三频拍周期后推相当于12,000年的太阳和气候周期。1900-1920年和1960-1980年的长期太阳极小期，1870-1890年，1940-1950年和1995-2005年的长期太阳极大期，以及20世纪的长期上升趋势被恢复：这种调制趋势与某些太阳代理模型非常一致，与ACRIM TSI卫星复合材料和自1850年以来的全球表面温度调制。该模型预测在2020-2045年期间将出现一个新的延长的太阳极小期，这将是由61年和115年重建周期的极小期产生的。太阳和气候振荡与行星运动有关，而且，它们的时间可以合理地追溯和预测几十年，几个世纪和几千年。Smyth…
2012-03-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Global climate by Rossby number in the Solar system planets
在最大的尺度上，行星气候可以用它们的罗斯比数（\textit{Ro}）来描述。\textit{Ro}响应于$Gr/Re^2$，其中Gr为格拉肖夫数，Re为雷诺数。这里我们将$Gr/Re^2$简化为h，其中$h=H/H_{Earth}$与$H=gP/(2πV_e)$对于具有表面重力\textit{g}、自转周期\textit{P}和赤道速度V \textsubscript{e}的行星。与\textit{h}不同，\textit{Ro}很难获得，因为观测的多样性很大。我们通过各种观测方法和高度对太阳系中每个行星的平均（av）和最大（mx）风速进行了深入的文献检索。我们探讨\textit{Ro}和\textit{h}之间的相关性表示为幂律指数$α$的基础上的行星在太阳系的风速。我们得到了\textit{Ro}和\textit{h}与$α=0.56$（av）和$α=0.52$（mx）之间的相关性。地球的$H=H_{Earth}$（$h=1$）主要是由于月球潮汐的相互作用，考虑到我们相对遥远的可居住区（HZ）到太阳。因此，我们的正相关性表明，系外行星-月球系统是我们在太阳系外寻找潜在高级生命的“目的地”。
2019-05-08 astro-ph.EP
On the astronomical origin of the Hallstatt oscillation found in radiocarbon and climate records throughout the Holocene
在宇宙源放射性同位素（C-14和Be-10）和整个全新世的古气候记录中发现了一个周期约为2100-2500年的振荡，即哈尔施塔特周期。在这里，我们展示了这个周期的天文起源。也就是说，这种振荡是相干的主要稳定共振涉及四个类木行星-木星，土星，天王星和海王星-其周期为p=2318年。哈尔施塔特周期可能来自于太阳系盘圆度的节律性变化，假设这种动态最终可以调节太阳风，从而调节入射宇宙射线通量和/或地月系统周围的行星际/宇宙尘浓度。行星质量中心（PMC）相对于太阳的轨道被用作代理。我们分析了这个虚拟轨道的瞬时偏心率矢量是如何从13,000 B变化的。C. 17,000 A. D..我们发现，它经历了一种脉动，因为它清楚地呈现出有节奏的收缩和膨胀模式与2318年的周期连同一些已知的更快的振荡与行星轨道稳定共振。我们发现，太阳-PMC轨道的快速膨胀，然后缓慢收缩，似乎可以阻止宇宙射线进入系统内部区域，而缓慢膨胀，然后快速收缩有利于它。同样，同样的动力学可以调节落在地球上的行星际/宇宙尘的数量。然后，这些将通过云/日冕调制引起辐射潮汐的产生和气候变化。其他稳定的轨道共振频率（例如，20年、45年、60年、85年、159-171-185年等周期）在科学文献中确定的辐射潮汐、太阳、极光和气候记录中都有。因此，该结果支持太阳和/或气候变化的行星理论。
2016-10-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Testing an astronomically-based decadal-scale empirical harmonic climate model versus the IPCC (2007) general circulation climate models
我们比较了最近提出的基于天文谐波的经验气候模式与IPCC（2007）用于解释20世纪全球地面温度的所有可用的大气环流气候模式（GCM）的性能。该模型假设气候与一组自然谐波共振或同步，这些谐波与太阳系行星运动有关，主要由木星和土星决定。我们发现，GCM未能再现1850年至2011年全球地面温度记录中发现的主要年代际和年代际振荡。与此相反，调和模型能够很好地重建1850 - 2011年的气候振荡，并能够利用1850-1950年的气候振荡资料预测1950 - 2011年的气候振荡，反之亦然。9.1年的周期可能与十年的太阳/月球潮汐振荡有关，而10-10.5年、20-21年和60-62年的周期与太阳和日光层行星振荡同步。最后，我们展示了这些大的自然周期的存在可以用来纠正IPCC预测的21世纪人为变暖趋势。通过将这一修正趋势与自然周期相结合，我们表明，在未来30年内，温度可能不会显着增加，主要是因为60年周期的负相。同样的IPCC预测人为排放量将意味着到2100年全球变暖约0.3-1.2 K，与IPCC预测的1.0-3.6 K相反。本文的结果加强了以前的说法，解释检测到的气候周期的相关物理机制仍然在当前的GCM中缺失，并且在几十年尺度上的气候变化是由天文学引起的，并且在第一近似中，可以预测。
2012-01-06 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Climate Stability of Habitable Earth-like Planets
碳-硅酸盐循环通过$CO_2$火山释气速率和岩石风化的行星摄入速率之间的平衡，调节地质时标上类地行星大气中$CO_2$含量。它被认为是地球上的一个有效的气候恒温器，并延伸到其他可居住的行星。然而，如果风化率随着大气中$CO_2$含量的增加而增加，正如在缺乏陆地维管植物的行星上所预期的那样，碳硅酸盐循环反馈可能会受到严重限制。在这里，我们表明，类地行星接收的阳光比现在的地球少，可能不再拥有稳定的温暖气候，而是在不稳定的冰川和冰川消退的气候状态之间反复循环。这对在附近恒星的宜居带中寻找系外行星上的生命具有启示意义。
2014-11-20 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Exoplanet weather and climate regimes with clouds and thermal ionospheres: A model grid study in support of large-scale observational campaigns
随着观测工作从发现转向表征模式，将需要开展涵盖全球恒星和行星参数大范围的系统活动。我们的目标是揭示云的形成趋势和全球变化的化学制度，由于主恒星的影响，其大气的热力学结构。我们的目标是为JWST，PLATO和Ariel等系外行星任务以及潜在的紫外线任务ARAGO，PolStar或POLLUX提供输入。预先计算的M，K，G，F宿主星的3D GCM是我们的动力学云模型的输入。气态系外行星大致分为三类：i）具有均匀云层覆盖的冷行星，ii）具有不对称向阳面云层覆盖的中温行星，以及iii）在向阳面没有云层的超热行星。在ii）类中，向阳面云型是由风的流动和辐射形成的。表面重力和行星自转几乎没有影响。扩展大气剖面表明，形成的矿物霾的形式的金属氧化物簇（如（TiO 2）_N）。昼侧云层覆盖是不同行星状态及其导致的天气和气候外观的指示信号。（i）类代表全球范围内具有非常均匀的云颗粒大小和物质成分的行星（例如，HATS-6 b、NGTS-1b）、类别（ii，例如，WASP-43 b，HD 1，209458 b）和（iii，例如，WASP-121 b、WP 0137 b）具有大的昼夜辐散的云特性。因此，C/O比在类别（i）中受到均匀影响，但在类别（ii）和（iii）中受到不对称影响。（i）类和（ii）类行星的大气层几乎不受热电离的影响，但（iii）类行星在向阳面有很深的电离层。因此，磁耦合将对不同的行星产…
2022-08-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
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
Super-Earths and Earth-like Exoplanets
该研究综述了小型致密系外行星（超级地球和类地行星）的观测进展，强调其形成与内部-大气耦合过程，并提出未来需通过空间直接成像来表征气候和搜寻生物标志物。
2024-05-07 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
A New Model Suite to Determine the Influence of Cosmic Rays on (Exo)planetary Atmospheric Biosignatures -- Validation based on Modern Earth
探测太阳系外生命迹象的第一次机会可能在未来十年内已经提供，即将进行的飞行任务包括詹姆斯·韦伯空间望远镜、欧洲超大望远镜和（或）大气遥感红外系外行星大型巡天飞行任务，这些飞行任务将在冷K星和M星的宜居带中寻找行星上的大气生物特征。然而，它们恶劣的恒星辐射和粒子环境可能导致大气生物特征的光化学损失。我们的目标是研究宇宙射线对行星外大气生物特征和辐射环境的影响，同时考虑高能粒子沉淀、气候、大气电离、中性和离子化学以及二次粒子生成之间的反馈。我们描述了新组合的国家的最先进的建模工具来研究辐射和粒子环境对大气粒子相互作用的影响，对大气化学的影响，以及气候化学耦合在一个自洽的模型套件。为此，大气辐射相互作用模拟器（AtRIS），系外行星地球离子化学模型（ExoTIC）和更新的耦合气候化学模型等模型被结合起来。除其他外，我们模型的大气响应在太阳静止期，并在一个强大的太阳高能粒子事件，以及依赖于太阳的陆地过境光谱，所看到的近红外光谱仪机载JWST。我们发现，相对较弱的太阳事件大大增加了HNO $_3$的光谱信号，而显着抑制臭氧的光谱特征。由于此类事件后的缓慢恢复，后者表明臭氧可能不是一个很好的生物标志物，为行星轨道恒星与高耀斑率。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
