The rotational and divergent components of atmospheric circulation on tidally locked planets
潮汐锁定的系外行星可能拥有全球大气环流，具有超旋转的赤道喷流，行星尺度的驻波和热驱动的翻转环流。在这项工作中，我们表明，这些功能中的每一个都可以从总环流分离使用亥姆霍兹分解，它分裂成旋转（发散自由）和发散（涡度自由）组件的流通。这种技术被应用于模拟一颗类地行星和一颗气态热木星的环流。对于这两颗行星，旋转分量包括赤道喷流和驻波，而发散分量包含翻转环流。分离出每个组件使我们能够评估它们的空间结构和对总流量的相对贡献。与以前的工作相比，我们表明，发散速度是不可忽略的，当与旋转速度相比，发散，翻转环流采取的形式是一个单一的，大致各向同性的细胞，上升的一天侧和下降的夜侧。这些结论是在地球和热木星的情况下得出的。为了说明Helmholtz分解研究大气过程的实用性，我们计算了每个环流分量对从白天到夜晚的热量输送的贡献。令人惊讶的是，我们发现，发散环流占主导地位的昼夜热传输在陆地的情况下，约占一半的热木星的热传输。旋转和发散分量对昼夜热量输送的相对贡献可能对多个行星参数和大气过程敏感，值得进一步研究。
2021-02-23 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric Circulation of Hot Jupiters: Dayside-Nightside Temperature Differences
低偏心率热膨胀体的全相位红外线曲线表现出随着平衡温度的升高，昼夜亮温差增大的趋势。在这里，我们提出了一个三维模型，解释这种关系，以摆脱洞察力的过程中，控制潮汐锁定的行星大气的热量再分配。这个三维模式结合了预测分析理论的大气环流和昼夜温差的范围内的平衡温度，大气成分，和潜在的摩擦阻力强度与数值解的循环，验证了这一分析理论。这种分析理论表明，波的纵向传播介导了热木星大气中的昼夜温差，类似于调节地球热带热结构的波调节机制。这些波可以在热木星大气中通过辐射冷却或潜在的摩擦阻力来衰减。这种摩擦阻力很可能是由背景磁场穿过的部分电离大气中的洛伦兹力引起的，并且随着温度的升高强度会增加。此外，辐射加热和冷却的幅度随着温度的增加而增加，因此，随着平衡温度的增加，辐射加热/冷却和摩擦阻力阻尼波更有效。在我们的分析理论和数值模拟中，辐射加热和冷却在控制昼夜温差方面起着最大的作用，摩擦阻力只有在比科里奥利力更强时才重要。因此，热木星大气层的昼-夜温差随着恒星辐射的增加而增加，随着压力的增加而减少。
2016-02-18 astro-ph.EP
Modeling the effects of inhomogeneous aerosols on the hot Jupiter Kepler-7b's atmospheric circulation
受系外行星大气中不均匀云的观测证据的启发，我们研究了所提出的简单云分布如何影响大气环流和红外辐射。我们使用三维大气环流模型模拟了热木星开普勒-7b的温度和风，该模型包括简化的气溶胶辐射转移模型。我们根据先前从开普勒-7b光学相位曲线推断的结果规定了固定的云分布和散射特性，包括沿西分界线的不均匀气溶胶和假设的情况下，气溶胶额外延伸到行星的大部分夜晚。在所有的情况下，一个强大的射流能够平流气溶胶从一个较冷的夜面到昼面被发现持续存在，但只有在赤道。在中纬度和极纬度较冷的温度可能允许气溶胶在不需要平流的情况下在向阳面形成。通过改变热量的沉积和再分布，西分界线上的气溶胶产生了不对称的加热，有效地将最热点移到了亚恒星点的更东边，而不是均匀分布的预期。在夜面增加不透明的高云可以通过保留有助于热点以西变暖的热量来部分缓解这种增强的转变。这些预期的红外相位曲线的差异可能会对建议的云分布及其较亮的热彗星的红外不透明度产生限制。
2017-09-21 astro-ph.EP
Atmospheric circulation of hot Jupiters: insensitivity to initial conditions
对热彗星的持续描述激发了各种各样的大气环流模型。这种模式必须从一个假定的初始状态开始进行积分，该初始状态通常被认为是无风的静止状态。在这里，我们调查的敏感性热木星大气环流模型的初始条件。我们考虑两类模型-浅水模型，这已被证明是成功的，在这些行星上发挥的动力学机制，和完整的三维模型类似的文献中正在探索。模型初始化与纬向射流，我们探讨了各种不同的初始射流配置文件。我们证明，在这两类模型中，最终的平衡状态是独立的初始条件-只要摩擦阻力附近的域的底部和/或与指定的行星内部的相互作用包括在内，使大气可以调整角动量随着时间的推移相对于内部。当包括这样的机制时，否则以非常不同的初始条件初始化的相同模型都收敛到相同的统计稳态。在某些情况下，模型表现出适度的时间变异性;这种变异性导致统计稳态的随机波动，但我们强调，即使在这些情况下，统计稳态本身并不依赖于初始条件。虽然热木星环流模型的结果取决于辐射强迫和摩擦阻力的细节，其中的方面仍然不确定，我们的结论是，初始条件的规格是不是一个来源的不确定性，至少在目前大多数模型中探索的参数范围。
2013-06-11 astro-ph.EP
Global flow regimes of hot Jupiters
本研究利用THOR模型模拟八颗热木星，发现随恒星辐射增强，大气热量再分配效率降低，小尺度波模式减弱，流态从急流主导转变为昼向夜主导，降低平均分子量可部分恢复环流效率。
2025-05-17 astro-ph.EP
The Atmospheric Circulation of the Hot Jupiter WASP-43b: Comparing Three-Dimensional Models to Spectrophotometric Data
热木星WASP-43 b现在已经加入了过境热彗星HD 189733 b和HD 209458 b的行列，作为一颗系外行星，其大气特性受到大量观测限制。由于WASP-43 b接收到的恒星通量与HD 209458 b相似，但旋转速度快4倍，重力也高得多，因此研究WASP-43 b可以作为恒星辐射保持近似恒定时旋转速度和重力对环流影响的测试。在这里，我们提出了3D大气环流模型的WASP-43 b使用的ESTA/MITgcm，一个耦合的辐射和环流模式，探索的组成，金属丰度和摩擦阻力的影响。我们发现WASP-43 b的环流机制与其他热彗星没有什么不同，赤道超旋转产生了一个东移的热点和大的昼夜温度变化（在光球压力下约600 K）。然后，我们将我们的模型结果与Stevenson等人的观察结果进行比较，Stevenson等人利用HST/WFC 3收集WASP-43 b在1.12-1.65微米范围内的分光光度相位曲线测量值。我们的研究结果表明，5倍太阳模型光变曲线提供了一个很好的匹配数据，与峰值通量和行星/恒星通量比的相位偏移，这是类似的观测;然而，模型的夜面似乎更亮。尽管如此，我们的5倍太阳能模型提供了一个很好的匹配，以WFC 3日侧发射光谱。这是一个重大的成功，因为结果是3D动态的自然结果，没有模型调整，并且与通常只能在适当调整时才能匹配观察的1D模型有很大的不同。总之，这些结果表明，3D环流模型…
2015-01-12 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation of Brown Dwarfs and Jupiter and Saturn-like Planets: Zonal Jets, Long-term Variability, and QBO-type Oscillations
棕矮星和直接成像的巨行星显示了活跃的大气环流的重要证据，这导致了云结构中的大规模斑块，随着时间的推移显着演变，如红外线曲线和多普勒地图所证明的那样。这些观测结果提出了关于环流的基本性质，其时间变化以及与木星和土星环流的整体关系的关键问题。木星和土星本身在云层中也有许多强劲的纬向（东西向）喷流;此外，这两颗行星都有长期的平流层振荡，包括纬向风和温度的扰动，这些扰动会在约4年（木星）和约15年（土星）的时间尺度上向下传播。这些振荡被称为木星的准四年振荡（QQO）和土星的半年振荡（SAO），被认为类似于地球上的准两年振荡（QBO），这是由对流层赤道波向上传播驱动的。为了研究这些问题，我们在这里提出了全球性的，三维的，高分辨率的数值模拟流在分层的大气-覆盖对流内部-褐矮星和类星体行星。内部对流的影响参数化诱导小尺度，随机变化的扰动的辐射对流边界的基础上的模型。在模拟中，对流扰动产生大气波和湍流，与旋转相互作用，产生大量的纬向喷流。此外，赤道平流层呈现出堆叠的东向和西向喷流，随着时间的推移向下迁移，正是发生在地球的QBO，木星的QQO，土星的SAO。这是第一次在巨行星的3D数值模拟中展示类似QBO的现象。
2019-08-02 astro-ph.EP
Three-dimensional Atmospheric Circulation of Warm and Hot Jupiters: Effects of Orbital Distance, Rotation Period, and Non-Synchronous Rotation
到目前为止，描述太阳系外巨行星（EGP）大气层的努力一直强调行星距离恒星0.05 AU以内。尽管如此，已知的EGP填充了一个连续的轨道分离，从典型的热木星值（0.03-0.05 AU）到1 AU甚至更高。不像典型的热涡旋，这些更远的EGP通常不会同步旋转。在预期的观察，这个人口，我们在这里提出了三维大气环流模型，探索出现在一个广泛的旋转速率和事件恒星通量适合温暖和炎热的彗星的动态。我们发现，流通存在于两个基本制度之一。在典型的热彗星上，强烈的昼夜加热对比导致了一个广泛的，快速的超旋转（东向）赤道急流和大的昼夜温差。然而，在更快的旋转速率和更低的入射通量下，昼夜加热梯度变得不那么重要，斜压不稳定性成为主导因素，导致中纬度地区的东向急流，经度上的温度变化最小，在许多情况下，赤道上的风很弱。我们最快速旋转和辐射最少的模型在每个半球展示了多个向东的喷流-类似于木星和土星上的喷流-并照亮了我们自己的太阳系的高辐射EGP和弱辐射巨行星之间的动态连续体。我们提出了这些模型的红外（IR）光变曲线和光谱，这表明，红外相位变化的幅度和偏移，以及光谱的形状，显着依赖于入射通量和旋转速率。这提供了一种在未来的观测中识别状态转变的方法，并表明在某些情况下，红外光变曲线可以对非同步旋转行星的旋转速率提供限制。
2015-02-11 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation of Hot Jupiters: Dayside-Nightside Temperature Differences. II. Comparison with Observations
低偏心率热彗星的全相位红外线曲线显示出随着入射恒星通量的增加，在红外波段和各个波段的平均值都有增加的趋势。Komacek & Showman（2016）的分析理论表明，这种趋势是由于波从白天传播到夜晚并消除温差的能力随着入射恒星通量的增加而降低。在这里，我们比较了这个理论的预测观测，表明它很好地解释了形状的趋势，增加昼夜温差增加平衡温度。应用于个别行星，理论匹配以及在高平衡温度下的观测，但对于一个固定的光球压力$100 \ \mathrm{mbar}$，系统地预测在平衡温度小于$2000 \ \mathrm{K}$的昼侧和夜侧亮度温差。我们解释这是由于一个过程的影响，移动这些较冷的热彗星的红外光球到较低的压力。我们还利用大气环流模式与双灰色辐射转移，探讨如何循环的平衡温度和阻力强度的变化。正如我们的理论所预期的那样，从我们的数值模拟的昼夜温差随着入射恒星通量和阻力强度的增加而增加。我们计算模型相曲线使用我们的大气环流模型，从我们比较宽带红外偏移从亚恒星点和昼-夜侧亮度温度差对观测，发现强阻力或额外的影响（如云和/或超太阳金属丰度）是必要的，以解释许多观察到的相曲线。
2021-08-18 astro-ph.EP
Radiative-equilibrium model of Jupiter's atmosphere and application to estimating stratospheric circulations
我们提出了一个计算效率高的1-D季节性辐射模式，对流调整，木星的大气。我们的模型考虑到辐射强迫的主要碳氢化合物（甲烷，乙烷，乙炔），氨，碰撞引起的吸收，四个云和霾层（包括紫外线吸收“极地”平流层霾）和内部热通量。我们详细的敏感性研究的平衡温度分布的几个参数。我们讨论了预期的季节性，垂直和纬向热结构，并将其与卡西尼和地面热红外观测结果进行比较。我们发现，在5-30毫巴的压力范围内的平衡温度是非常敏感的选择平流层霾的光学性质，大小和单体的数量。在纬度45-60°，极地霾可以显著地使平流层下部（10-30毫巴）升温高达20 K。在低于3毫巴的压力下，我们的模拟温度系统地低估了观察到的5 K。这可能表明，其他过程，如波浪破碎或涡旋的动力加热，或与热层环流的耦合，也起着重要的作用。在对流层中，我们只能通过随纬度改变内部热通量来匹配观测到的温度纬向梯度的缺乏。然后，我们利用知识的加热和冷却速率诊断剩余平均环流在木星的平流层，假设涡热通量收敛项是可以忽略不计的。在平流层低层（5-30毫巴），剩余平均环流强烈地依赖于平流层霾的假设属性。我们的主要结论是，这是至关重要的，以提高我们的知识，辐射强迫项，以增加我们的信心，估计环流。推而广之，这也将是至关重要的未来三维GCM研究。
2020-11-12 astro-ph.EP
The Atmospheric Circulation and Observable Properties of Non-Synchronously Rotating Hot Jupiters
我们研究的可行性，观测约束的旋转速率的热行星，通常假设已被潮汐锁定到同步旋转的行星。我们使用三维大气环流模型来求解两个热彗星（HD 189733b和HD 209458b）的大气结构，假设旋转周期是它们轨道周期的0.5、1或2倍（分别为2.2和3.3天），包括可变恒星加热的影响。我们比较了两个可观测的特性：1）行星发射的通量的空间变化，可在轨道相位曲线中测量，2）大气传输光谱中的净多普勒频移，这非常接近于在高分辨率过境光谱中测量。虽然我们发现HD 189733b的同步和非同步模型的可观测特性之间几乎没有差异，但当我们比较HD 209458b的模型时，我们看到了显着的差异。特别是，HD 209458 b的缓慢旋转模型具有向西流动的大气环流模式和在二次日食后达到峰值的轨道相位曲线（与我们所有其他模型相反），而快速旋转模型的净多普勒频移比其他模型更强烈。我们的研究结果表明，这两种技术的结合使用可能是一个富有成效的方式来限制一些行星的旋转速率，并激励未来的工作在这个话题上。
2014-07-15 astro-ph.EP
Accuracy tests of radiation schemes used in hot Jupiter global circulation models
全球环流模式（GCM）中辐射输运的处理对于正确描述地球和系外行星的大气动力学过程至关重要。双流近似和相关k方法是目前应用于地球和热木星GCM辐射方案的最先进的近似方法，以便于快速计算通量和加热率。他们的准确性已经过广泛的测试，类似地球的条件下，但验证的方法的适用性，以热的类超导体的条件是缺乏文献。我们正在适应英国气象局的GCM，统一模型（UM），为研究热对流层，并在这项工作中提出的适应爱德华-斯林戈辐射计划的基础上的双流近似和相关k方法。我们讨论了高温谱线的吸收系数的计算，并强调了压力加宽谱线宽度的大的不确定性。我们比较通量和加热速率与我们的适应计划，更准确的离散纵坐标（DO）线的线（LBL）计算忽略散射的影响。我们发现，在大多数情况下，误差保持在10%以下的加热速率和通量使用~ 10 k系数在每个波段和扩散系数D = 1.66。双流近似和相关k方法都对总误差有不可忽略的贡献。我们还发现，使用带平均吸收系数，这是以前使用的热木星的辐射流体动力学模拟，可能会产生约100%的误差，因此应谨慎使用。
2014-02-18 astro-ph.EP
Shallowness of circulation in hot Jupiters -- Advancing the Ohmic dissipation model
巨大的短周期太阳系外行星的膨胀半径共同表明，热彗星的内部被某种异常的能量耗散机制加热。虽然已经提出了各种物理过程来解释这种加热，最近的统计证据指向欧姆耗散理论的明确预测的确认，提升这种机制作为解决半径膨胀问题的最有前途的候选人。在这项工作中，我们提出了一个解析模型的耗散率，并推导出一个简单的标度律，连接的能量耗散的大小的大气天气层的厚度。从这个关系式中，我们发现穿透深度的欧姆耗散率的影响一个数量级。我们进一步调查的天气层深度的热木星从他们的通货膨胀的程度，并表明，根据磁场强度，热木星半径可以保持，即使循环层是相对较浅的。此外，我们探索纬向风速与平衡温度的演变，通过匹配我们的分析模型，统计预期的耗散率。从这个分析中，我们推断出风速的尺度近似为$1/\sqrt{T_\mathrm{eq}-T_0}$，其中$T_0$是一个常数，等于$T_0 \sim 1000~\mathrm{K}-1800~\mathrm{K}$，取决于行星特定的参数（半径，质量等）。这项工作概述了大气流动和热超导体的磁场的相互关联的约束，并提供了欧姆加热机制的未来工作的基础。
2022-02-10 astro-ph.EP
Signatures of Clouds in Hot Jupiter Atmospheres: Modeled High Resolution Emission Spectra from 3D General Circulation Models
对热木星系外行星的散射光和热辐射的观测表明，它们的大气中存在不均匀的气溶胶。3D大气环流模式（GCM）试图模拟气溶胶的影响，已被开发来了解其动力学结构背后的物理过程。在这项工作中，我们调查如何不同的方法来气溶胶建模在大气环流模型的热彗星影响高分辨率的热发射光谱在整个行星的轨道的持续时间。使用的结果与温度相关的云形成的GCM，我们计算光谱的一个代表性的热木星与不同的假设云的垂直范围和厚度。然后，我们将这些光谱与没有云或只是经过后处理（即，随后添加到已完成的清晰模型中）。我们表明，在GCM中的云的温度依赖性治疗产生高分辨率的发射光谱，是明显不同的清晰和后处理的情况下-无论是在连续通量水平和线剖面-和增加云的垂直范围和厚度导致这些功能的更大的变化。我们评估的净多普勒频移的频谱引起的全球风和地球的旋转，并表明它们是强烈的相位依赖性，特别是对于模型更厚，更广泛的云。这项工作进一步证明了辐射反馈在热彗星的多云大气模型中的重要性，因为这可能对解释系外行星大气的光谱观测产生重大影响。
2021-01-13 astro-ph.EP
Hot Jupiter Diversity and the Onset of TiO/VO Revealed by a Large Grid of Non-Grey Global Circulation Models
本研究利用345个非灰全球环流模型模拟热木星族群，揭示参数差异导致的大气热输运多样性，解释了热点偏移的非单调特性及亮温突变的TiO/VO冷阱机制，并公开了模型网格与可视化代码。
2024-04-15 astro-ph.EP
Doppler Signatures of the Atmospheric Circulation on Hot Jupiters
热彗星的气象学主要以热测量为特征，但最近的观测表明，通过观测过境期间谱线的多普勒频移，有可能直接探测到风。出于这些意见，我们展示了多普勒测量如何可以放置强大的气象约束。我们表明，大气环流-和多普勒签名-热彗星分裂成两个制度。在弱太阳辐射下，昼夜热力强迫通过大气波动与平均气流的相互作用产生快速的纬向急流。在这种情况下，空气沿着终结者（如过境时所见）在某些区域流向地球，而在其他区域远离地球，导致多普勒特征显示叠加的蓝移和红移分量。然而，在强烈的恒星日照下，强烈的热强迫抑制了这些行星尺度的波，抑制了它们产生喷流的能力。强大的摩擦阻力同样会抑制这些波并抑制射流的形成。因此，这第二个制度表现出一个环流占主导地位的高空，昼夜气流，导致一个主要的蓝移多普勒签名期间过境。我们提出了最先进的环流模型，包括非灰色辐射转移，以量化这种制度的转变和由此产生的多普勒信号，这些模型表明，像GJ 436 b的冷行星位于第一制度，HD 189733 b是过渡，而比HD 209458 b热的行星位于第二制度。此外，我们还展示了多普勒频移的幅度如何限制热彗星高层大气中摩擦阻力的强度。如果是风的作用，那么HD 209458 b的蓝移可能需要10^4-10^6秒的拖曳时间常数，这可能是由于洛伦兹力在这颗行星炎热的向阳面制动的结果。
2013-06-11 astro-ph.EP
Photochemical hazes dramatically alter temperature structure and atmospheric circulation in 3D simulations of hot Jupiters
本文将光化学雾霾作为辐射活性示踪物耦合到热木星HD 189733b的GCM模拟中，发现soot和Titan型雾霾的光学性质会显著改变行星的温度结构、大气环流及光谱特征，强调约束雾霾光学性质对理解系外行星大气的关键作用。
2023-05-16 astro-ph.EP
Exploring the Effects of Active Magnetic Drag in a GCM of the Ultra-Hot Jupiter WASP-76b
超热蒸发器是测试极端物理学和观测太阳系中没有的大气环流制度的一个令人兴奋的途径。它们的高温导致嵌入大气风中的热电离粒子与行星内部的磁场相互作用，产生电流并经历大体积洛伦兹力阻力。以前在超高温彗星的三维大气环流模型（GCM）中对磁阻力的处理大多是在整个行星上均匀施加均匀的阻力时间尺度，这忽略了这些磁效应的强烈空间依赖性。在这项工作中，我们应用我们的本地计算的主动磁阻力治疗行星WASP-76 b的GCM。我们发现这种处理的效果在地球的高层大气中最为明显，那里存在白天和黑夜侧环流之间的强烈差异。这些环流效应通过减少热点偏移和增加昼夜通量对比来改变所得到的相位曲线。我们比较我们的模型斯皮策相位曲线，这意味着一个磁场至少3 G的行星。我们还将我们的结果与均匀拖曳时间尺度模型进行了对比。这项工作突出了需要更仔细地处理大气模型中的热气体巨星的磁效应。
2021-11-04 astro-ph.EP
The impact of atmospheric circulation on the chemistry of the hot Jupiter HD 209458b
我们研究了大气环流对热木星HD 209458 b化学成分的影响。我们使用一个简化的动力学模型和一个强大的化学网络，而不是以前的研究，其中使用了一个三维循环模型耦合到一个简单的化学动力学方案。温度结构和主要大气成分的分布是在大气作为一个固体以1公里/秒的赤道旋转速率旋转的极限内计算的。这种运动模拟了一个均匀的纬向风，类似于三维环流模式发现的赤道超旋转结构。这个潮汐锁定行星的不均匀加热导致，即使在如此强烈的纬向风的存在下，昼侧和夜侧之间的温度差异高达800 K。如果大气处于化学平衡状态，这将导致某些分子丰度的重要纵向变化。纬向风则是一个强有力的不平衡过程。我们确定存在的压力水平之间的过渡两个政权，这可能是位于100和0.1毫巴之间，这取决于分子。在这个过渡层之下，化学平衡保持不变，而在它之上，纬向风倾向于使大气的化学成分均匀化，使临边和夜面区域的分子丰度接近昼面的化学平衡值特征，即在丰度中产生水平淬火效应。基于时间尺度参数的推理表明，水平和垂直混合可能会在HD 209458 b的大气中竞争，产生一个复杂的分布，其中分子丰度水平淬火到昼侧值，垂直淬火到深层的化学平衡值。
2012-10-24 astro-ph.EP
Evidence for multiple Ferrel-like cells on Jupiter
木星的大气层主要由多股急流控制，这些急流与其三维大气环流密切相关。由于缺乏一个刚性的底部边界，有几个模型可以解释日冕环流如何延伸到行星内部。在这里，我们显示，从朱诺号任务的多个仪器收集证据，中纬度纬向环流细胞的存在是由湍流驱动的，类似于地球上的费雷尔细胞。与地球不同，地球在每个半球只包含一个这样的细胞，更大，旋转更快的木星可以包含多个细胞。这些细胞形成了上升流和下降流的区域，我们在朱诺号在纬度60 S和60 N之间的微波数据中清楚地表明了这一点。这些细胞的存在，证实了使用一个简单的模型再现氨的观察。这项研究解决了一个长期存在的关于木星云下动力学性质的难题，并为每个木星半球的8个细胞提供了证据。
2021-10-14 astro-ph.EP
Circulation and Dissipation on Hot Jupiters
许多全球环流模型预测了短周期木星系外行星大气中的超音速纬向风和大的垂直切变。使用线性分析和非线性局部模拟，我们研究水动力耗散机制，以平衡这些风的热加速。绝热理查森准则仍然是一个很好的指导线性稳定性，虽然热扩散允许一些模式违反它在非常长的波长和非常低的增长率。非线性地，风速饱和马赫数$\approx 2$和理查森数$\lesssim 1/4$的一个广泛的范围内合理的扩散率和强迫强度。湍流和垂直混合，虽然伴随着弱的冲击，占主导地位的耗散，这似乎是一个经常性的开尔文-亥姆霍兹不稳定的结果。一个明确的剪切粘度，以及热扩散率，被添加到ZEUS捕捉耗散以外的冲击。当剪切粘度大于声速乘以压力标度高度的$10^{-3}$时，风速不是单调的，也不是单值的。粗化数值分辨率也可以提高速度。因此，全球模拟无法代表垂直湍流和冲击，无论是因为减少物理或因为有限的分辨率，可能会高估风速。我们建议这种模拟包括人工耗散项来控制马赫数和理查森数，并将机械耗散捕获为热量。
2010-05-04 astro-ph.EP
Angular Momentum and Heat Transport on Tidally Locked Hot Jupiter Planets
热木星行星上层大气中的大气环流受到入射恒星辐射的强烈影响。在这项工作中，我们探索了3D大气模型的结果，并重新审视了驱动热木星行星环流的主要过程。我们使用角动量传输作为诊断，并进行傅立叶分析，以确定所涉及的大气波。我们发现，半日潮水平输送的角动量与平均环流之间的耦合是低纬强急流产生的机制。我们的模拟表明，在低纬度地区的大气间接细胞的可能形成。这些细胞的形成是由恒星辐射驱动的半日潮引起的。热带环流在从高层大气向低层大气输送热量和动量方面具有重要影响。这种热量和动量传输的后果之一是全球温度的升高。我们表明，初始条件不影响参考模拟的输出。然而，当行星的自转周期增加（$P_{rot} > 5$地球日）时，驻波的垂直传输变得更强，瞬态波变得不可忽略，科里奥利影响不那么占主导地位，这使得具有强大逆行喷流的稳定状态变得稳定。我们发现，至少有两个静态稳定状态的解决方案存在相同的行星参数。
2019-10-23 astro-ph.EP
The Magnetic Mechanism for Hotspot Reversals in Hot Jupiter Atmospheres
利用浅水磁流体动力学（SWMHD）系统的非线性数值模拟和赤道SWMHD波的线性分析，研究了热对流层中磁驱动热点的变化（与大气风的变化有关）。在流体动力学模式中，中高纬地转环流导致赤道热能由西向东的净传递，从而驱动热点向东偏移。我们发现，一个强大的环形磁场可以阻碍这些能量传输循环。这导致风与磁场对齐，并在热点区域产生向西的洛伦兹力加速度，最终导致热点向西偏移。在随后的线性分析中，我们发现，这种逆转机制有一个赤道波类比的行星尺度赤道磁Rossby波。我们将我们的研究结果与三维MHD模拟进行了定量和定性比较，确定了磁驱动热点和风逆转机制之间的联系。我们使用开发的理论，以确定物理动机的反转标准，这可以用来放置约束超热超导体的磁场与观察到的向西热点。
2021-07-15 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Three-dimensional atmospheric circulation of hot Jupiters on highly eccentric orbits
在迄今为止探测到的800多颗系外行星中，超过一半位于非圆形轨道上，偏心率高达0.93。这样的轨道导致随时间变化的恒星加热，这对行星的大气动力学制度有影响。然而，人们对这种动力学机制以及它如何影响观测知之甚少。因此，我们提出了一个系统的研究热彗星的高偏心轨道上使用的ESTA/MITgcm，一个模型，耦合的三维大气环流模式与平面平行，双流，非灰色辐射转移模式。在我们的研究中，我们改变偏心率和轨道平均恒星流量在很大范围内。我们证明，偏心热木星制度是定性相似的行星在圆形轨道上，行星拥有一个超旋转的赤道喷流，并表现出大的昼夜温度变化。我们表明，这些昼夜加热变化诱导赤道动量通量，以保持整个轨道的超旋转喷流。随着偏心率和/或恒星通量的增加，超旋转喷流加强和缩小，由于较小的Rossby变形半径。对于一个选定的数量的模型集成，我们产生全轨道光变曲线，并发现从地球上观察到的过境和二次日食的时间相对于近点和远点可以大大影响我们看到的红外（IR）光变曲线;在IR通量的峰值可以导致或滞后二次日食取决于几何形状。对于那些昼夜温度变化大、自转速度快的行星，我们发现当行星最热的区域在地球上旋转时，光变曲线会呈现出“振铃”。这些结果可以用来解释未来对偏心凌日系外行星的观测。
2013-03-06 astro-ph.EP
Modeling the day-night temperature variations of ultra-hot Jupiters: confronting non-grey general circulation models and observations
本研究更新了超热木星的大气环流模型，引入非灰度辐射传输方案模拟其热结构和相位曲线，发现昼夜亮度温度差异随平衡温度变化趋势与以往不同，且无云模型难以完全匹配观测，表明需引入额外物理过程。
2024-01-08 astro-ph.EP
Constraints on the Atmospheric Circulation and Variability of the Eccentric Hot Jupiter XO-3b
本文报道了用斯皮策空间望远镜红外线阵相机（IRAC）在4.5~ $μ$ m波段拍摄的热木星XO-3b的二次食光度测量结果。我们测量了总共12次日食的日食深度和日食中心时间。我们将这些数据与同一波段的两次凌日同时拟合，以获得全球最佳拟合的二次食深度$0.1580\pm 0.0036\%$和食相中心$0.67004\pm 0.00013 $。我们评估的相对大小的变化，在白昼侧的亮度的行星通过测量的残差的大小在入口和出口从拟合的组合日食光曲线与均匀的磁盘模型，并放置一个上限为0.05 $\%$。新的二次日食观测将总基线从一年半延长到近三年，使我们能够将近天体进动率的上限定为$2.9\times 10^{-3}$度/天，这是迄今为止对热木星近天体进动率的最严格限制。我们使用新的过境观测计算改进的估计系统的属性，包括更新的轨道星历。我们还使用大量的次日食，以获得最严格的限制，迄今为止的轨道到轨道的偏心热木星的变化，并证明了多历元斯皮策观测的一致性。
2014-10-02 astro-ph.EP
Ohmic Dissipation in the Atmospheres of Hot Jupiters
热木星的大气层呈现出快速、弱电离的风。这些风与行星磁场的相互作用对风产生阻力，并导致感应电流的欧姆耗散。我们研究欧姆耗散的大小在代表性的，三维大气环流模型的热木星HD 209458 b。我们发现，欧姆耗散可以达到或超过1%的恒星日射功率在最深的大气层中，在模型和没有拖曳风。这样的能量在深层大气中消散，似乎足以减缓行星的收缩，并解释了热彗星典型的膨胀半径。这种大气场景不需要顶部绝缘层或深入行星内部的径向电流。最深大气层中的环流实际上可能是由空间上不均匀的欧姆耗散驱动的。需要对磁阻力和欧姆耗散进行一致的处理，以进一步阐明磁效应对大气和热超导体收缩内部的影响。
2010-09-16 astro-ph.EP
Atmospheric Circulation of Eccentric Hot Jupiter HAT-P-2b
热木星HAT-P-2b已成为斯皮策太空望远镜观测的主要目标，旨在了解高度偏心轨道上系外行星的大气响应。在这里，我们提出了一套HAT-P-2b的三维大气环流模型，该模型研究了假设的大气成分和旋转速率对全球尺度风和热力模式的影响。我们比较和对比大气模型HAT-P-2B，假设一个和五个太阳的金属丰度，有和没有TiO/VO作为大气成分。此外，我们比较模型，假设旋转周期的一半，一个，和两个标称伪同步旋转周期的倍。我们发现，假设大气金属丰度和旋转速率的变化不会显着影响模型预测的行星通量作为轨道相位的函数。然而，模型中，TiO/VO是目前在大气中开发的过境和二次日食事件之间的瞬态温度反演，导致显着变化的行星通量的峰值的时间和幅度相比，模型中，TiO/VO被省略的不透明度表。我们发现，没有一个单一的大气模型可以重现最近观察到的全轨道相位曲线在3.6，4.5和8.0微米，这可能是由于我们目前的大气模型没有捕捉到的化学过程HAT-P-2b。需要进一步的建模和观测工作，重点是了解HAT-P-2b大气的化学性质，并可以为广泛的系外行星大气中辐射，动力学和化学过程之间的相互作用提供关键见解。
2014-09-17 astro-ph.EP
Benchmarking Two Chemical Networks used in General Circulation Models of Hot Jupiters
Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；University of Exeter（埃克塞特大学）；University of Newcastle（纽卡斯尔大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；Academia Sinica（中央研究院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文通过对比两种化学网络在热木星GCM中的模拟结果，发现其化学动力学求解器的终止准则导致了人工淬灭，影响了HCN、CH4和NH3的丰度，需进一步实验和理论研究以提高反应速率的确定性。
2026-05-01 astro-ph.EP
Spitzer phase curve observations and circulation models of the inflated ultra-hot Jupiter WASP-76b
许多热彗星的大半径只能通过具有热内部彗星的模型来匹配，最近的理论工作表明，热彗星的内部演化对其大气结构有重大影响。由于其膨胀的半径，低重力和超热的平衡温度，WASP-76 b是研究内部演化对可观测性质影响的理想案例。热的内部应该最强烈地影响行星的非辐照面，因此全相位曲线观测对于确定内部对热彗星大气层的影响至关重要。在这项工作中，我们提出了第一个斯皮策相位曲线观测的WASP-76 b。我们发现，WASP-76 b有一个超热的白天和相对寒冷的夜晚，亮度温度分别为$2471 \pm 27~\mathrm{K}$ / $1518 \pm 61~\mathrm{K}$在$3.6~\micron$和$2699 \pm 32~\mathrm{K}$ / $1259 \pm 44~\mathrm{K}$在$4.5~\micron$。这些结果为昼侧逆温提供了证据。两个信道都表现出在$3.6~\micron$处的$0.68 \pm 0.48^{\circ}$和在$4.5~μ\mathrm{m}$处的$0.67 \pm 0.2^{\circ}$的小相位偏移。我们比较我们的意见，一套考虑两个端员的内部温度以及广泛的摩擦阻力强度的大气环流模型。强摩擦阻力是必要的，以配合小相位偏移和冷夜面温度观察。从我们的无云GCM套件，我们发现，只有一个寒冷的内部的情况下，可以重现寒冷的夜面和大的相位曲线振幅在$4.5~\…
2021-08-18 astro-ph.EP
Reconciling Jupiter's Vertical Motions with the Observed Cloud Structure in the Upper Troposphere
针对木星对流层垂直运动的理论推断与云带观测结果的矛盾，研究提出用含涡动斯托克斯漂移的变换欧拉平均环流解释，结合位涡与混合长度分析及模型模拟，验证了亮带上升、暗带下降的结论，并可推测深层结构。
2025-09-02 astro-ph.EP
The Effects of Kinematic MHD on the Atmospheric Circulation of Eccentric Hot Jupiters
本文首次将运动学MHD方法应用于偏心热木星TOI-150b，发现偏心轨道会增强并收窄赤道急流、产生中纬度西风及相位相关热逆温，且这些效应随磁场强度变化，并影响发射光谱的多普勒特征。
2025-02-06 astro-ph.EP
Eigenvectors, Circulation and Linear Instabilities for Planetary Science in 3 Dimensions (ECLIPS3D)
上下文对线性波和不稳定性的研究对于理解大气的物理演变是必要的，并且可以对使用全球环流模式（GCM）进行的模拟中发现的复杂流动提供物理解释。特别是，在赤道的热超导体的超旋转流的加速主要是在几个简化的假设下进行研究，放松可能会影响最终的结果。目标。我们开发和基准的公开可用的算法来识别周围的任何初始稳定状态的大气的本征模。我们还解决了线性稳态。方法.本文对具有任意速度和温度分布的稳态行星大气的流体动力学方程进行了线性化。然后，我们离散的线性方程在适当的交错网格，并解决特征向量和线性稳定的解决方案，使用并行库线性代数：ScaLAPACK。我们还实现了能量方程的后验计算，以获得更多的信息的模式的基本物理。结果我们的代码是基准对经典的波和不稳定性的测试情况下，在多种几何形状。定常线性环流的计算也重现了热彗星大气的预期结果。最后，我们展示了我们的能量方程的鲁棒性，以及它对模式的物理洞察力。结论.我们已经开发和基准代码的线性过程的研究在行星大气，任意的稳定状态。一个后验能量方程的计算提供了增加的鲁棒性和物理意义所获得的本征模。该代码可以应用于各种问题，特别是进一步研究热木星的GCM模拟的超旋转的初始自旋。
2019-09-09 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.flu-dyn
Temporal Variability in Hot Jupiter Atmospheres
炽热的彗星在它们的昼面接收到强烈的入射恒星光，这驱动了强烈的大气环流，试图消除它们巨大的昼面与夜面通量对比。热木星大气层中的波动和不稳定性可能导致大气层的涌现特性随时间变化。在这项工作中，我们研究这样的天气在热木星大气中使用理想化的无云大气环流模式与双灰辐射转移。我们发现，热木星大气可以在全球平均温度的$\sim 0.1-1\%$水平和全球平均风速的$\sim 1-10\%$水平的时变。结果发现，观测量也是随时间变化的：二次食深度可以在$\lesssim 2\%$水平上变化，相位曲线振幅可以通过$\lesssim 1\%$变化，相位曲线偏移可以通过$\lesssim 5^{\circ}$移动，终端平均风速可以通过$\lesssim 2~ \mathrm{km}~\mathrm{s}^{-1}$变化。此外，我们计算了东部和西部的边缘平均风速与入射恒星通量和施加的阻力，参数化洛伦兹力在部分电离大气的强度。我们发现，东翼是蓝移的模型在很宽的范围内的平衡温度和阻力强度，而西翼只有红移，如果平衡温度是$\lesssim1500~\mathrm{K}$和阻力是弱的。最后，我们表明，通过JWST的二次日食观测，未来空间望远镜的相位曲线观测（例如，ARIEL），和/或多普勒风速测量与高分辨率光谱仪。
2019-12-31 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric circulation of tidally locked gas giants with increasing rotation and implications for white-dwarf-brown-dwarf systems
潮汐锁定的气体巨星通常在几天的轨道上运行，这意味着旋转在大气环流中的作用不大。然而，存在着一类气体巨星，高度辐射的物体-棕矮星在极紧的轨道上绕着白矮星运行-它们的轨道和旋转周期短至1-2小时。已经获得了这类天体的相位曲线和其他观测结果，提出了关于行星自转速率增加在控制环流中的作用的基本问题。到目前为止，大多数模拟研究都研究了超过一天的旋转周期，适合于典型的热彗星。在这里，我们调查的大气环流潮汐锁定大气减少旋转周期下降到2.5小时。随着自转周期的减小，赤道东向急流的宽度减小，这与赤道形变半径减小导致赤道波导变窄的现象相一致。赤道热点偏移量的东移相应减小，离赤道西移的热点区变得越来越明显。在高纬度地区，风变得更弱，更旋转主导。由于自转的影响，昼夜温差变大。我们的模拟大气表现出可变性，可能是由不稳定性和波的相互作用引起的。与典型的热木星模型不同，快速旋转模型的热相位曲线显示出峰值通量与二次日食的接近对齐。这一结果有助于解释为什么许多环绕白矮星的褐矮星与热矮星不同，它们的红外通量峰值与二次食一致。我们的研究结果对于理解快速旋转的潮汐锁定大气层具有重要意义。
2020-08-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Non-Axisymmetric Flows on Hot Jupiters with Oblique Magnetic Fields
居住在靠近其宿主恒星的巨行星受到极端辐射，这会导致其大气中痕量碱金属的热电离。在大气电导率很大的物体上，全球环流与背景磁场耦合，产生补充场并改变流动的性质。到目前为止，一些作者已经考虑了自旋磁极排列的偶极磁场对弱电离大气动力学状态的影响，并发现磁破裂可能导致比纯流体动力学框架内预测的风慢得多的风。在这里，我们考虑的效果，倾斜的偶极子磁场的流通和证明，除了调节风速，斜场产生固定的非轴对称结构，坚持的几何形状的磁极。使用运动学扰动的方法，我们推导出一个封闭形式的解的扰动环流，并表明，分数失真的纬向喷流规模的产品的字段的可扩展性和Elsasser数。本文获得的结果表明，在行星上倾斜的磁场，平流移动的向阳面热点可能有大量的纬度分量。这个预测可以用日食测绘技术进行观测检验。
2014-08-06 astro-ph.EP
The cloudy shape of hot Jupiter thermal phase curves
据预测，热彗星具有强烈的昼夜温度对比，并且热点向东移动到亚恒星点。这一点被探测大气纵向亮度变化的大量相位曲线观测所证实。然而，全球环流模型系统地低估了相位曲线的振幅，高估了其最大值的移动。本文利用一个包含非灰辐射转移和真实气体和云不透明度的全球环流模式，系统地研究了1000 ~ 2200 K范围内热对流层的大气环流随平衡温度的变化。我们表明，热传输是非常有效的无云行星低于1600 K，并在更高的温度下变得不那么有效。当夜侧云存在时，白天到夜晚的热量传输变得非常低效，导致与观测到的低夜侧温度很好地匹配。然而，这种低温的恒定性是由于辐射时间尺度与温度的强烈依赖性。我们进一步表明，夜侧云增加的相位曲线振幅，并在同一时间减少相位曲线偏移。这种变化对云的化学成分和颗粒大小非常敏感，这意味着观测到的相位曲线的多样性可以用夜侧云特性的多样性来解释。最后，我们表明，相位曲线参数不一定跟踪昼夜对比度，也没有转移的热点等压线，并提出解决方案，以恢复真正的热点转移和昼夜对比度。
2020-10-14 astro-ph.EP
How well do we understand the belt/zone circulation of Giant Planet atmospheres?
我们太阳系的四颗巨行星的大气层有一个共同的、观察得很好的特征：它们都显示出行星带状的图案，不同温度、成分、气溶胶性质和动力学的区域被纬向和垂直梯度（即，东-西）风。在木星上，由低温、气溶胶不透明度升高和准守恒化学示踪剂增强所形成的反射性白色条带被称为“带”。相反，温度升高、气溶胶减少和化学示踪剂减少的暗带被称为“带”。“在土星上，我们通过它们的温度和风的特征来定义气旋带和反气旋区，尽管它们与土星赤道的关系不像木星那么清楚。在遥远的天王星和海王星上，带状日冕对比度与环境属性之间的确切关系是一个积极研究的课题。本文试图将观测到的带和带的性质与（i）从木星和土星云层涡动角动量汇聚到向东的纬向急流中推断的纬向翻转和带中湿对流活动的普遍性相协调;和（ii）从对流层上部温度结构推断的相反纬向运动，这意味着纬向急流随云上高度的衰减和消散。这两种情况表明，纬向环流在相反的方向，前者表明上升流带，后者表明上升流带。这为我们目前对巨行星大气层带状结构的理解提出了一个未解决的悖论，可以通过多层垂直结构的“堆叠循环单元”来解决。[摘要]
2020-01-06 astro-ph.EP
Magnetic Effects and 3D Structure in Theoretical High-Resolution Transmission Spectra of Ultrahot Jupiters: the Case of WASP-76b
本文利用三种磁处理下的 WASP-76b 三维通用环流模型生成高分辨率透射光谱，揭示磁力、不透明度来源与大气结构对 Doppler 位移趋势的可观测影响。
2023-05-22 astro-ph.EP
The Inhomogeneity Effect III: Weather Impacts on the Heat Flow of Hot Jupiters
本研究通过三维大气环流模型模拟热木星天气对内部热流的影响，发现非均匀性效应可显著增强内部冷却，尤其在高温强阻力大气中，比一维模型冷却增强数倍，证实了相关理论并强调三维模型的重要性。
2023-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
Hot Jupiters: Origins, Structure, Atmospheres
我们提供了一个简短的审查的许多方面的行星物理学的热彗星。我们的目标是涵盖当前研究的大部分主要领域，同时为读者提供更多参考，以便进行更详细的后续研究。我们首先讨论巨行星形成和随后的轨道演化通过磁盘驱动的扭矩或动力学的相互作用。需要不止一种形成途径来了解种群。接下来，我们将研究我们目前对行星演化历史和当前内部结构的理解，我们将重点放在大体积组成以及解释人口膨胀半径的可行模型上。最后，我们讨论了他们的大气观测和一维和三维模型的背景下，包括大气结构和逃逸，光谱特征，和复杂的大气环流方面。在这些大气中的主要不透明度来源，包括碱金属，水蒸气，和其他人，进行了讨论。我们讨论控制三维大气环流和昼夜温度结构的物理学。最后，我们建议重要的未来工作仍然开放的问题。
2021-03-16 astro-ph.EP
The Intrinsic Temperature and Radiative-Convective Boundary Depth in the Atmospheres of Hot Jupiters
在巨行星大气模拟中，内禀温度$T_\mathrm{int}$和辐射对流边界（RCB）是重要的下边界条件。在一维辐射对流模式和三维大气环流模式中，通常假设$T_\mathrm{int}$与木星本身的温度相似，大约为100 K，这就产生了热木星的RCB大约为1 kbar。在这项工作中，我们表明，膨胀的半径，因此高比熵的内部，热超导体建议更高的$T_\mathrm{int}$值。假设这种效应主要是由于电流加热（而不是延迟冷却），我们推导出$T_\mathrm{eq}$和$T_\mathrm{int}$之间的平衡关系，表明后者可以取高达700 K的值。作为回应，RCB在大气中向上移动。使用一维辐射对流大气模式，我们发现RCB只有几个酒吧，而不是通常假设的RCB。这浅得多的RCB的大气结构，垂直和水平环流，相位曲线的解释，以及深冷阱对云的形成的影响有重要的意义。
2020-01-15 astro-ph.EP
Atmospheric circulation of tidally locked exoplanets: a suite of benchmark tests for dynamical solvers
大气建模的复杂性及其固有的非线性，再加上可获得的系外行星数据数量有限，促使对模型进行相互比较和基准测试。在地球物理学界，Held-Suarez测试是一个标准的基准，用于比较地球大气层的动态核心模拟与不同的求解器，基于横向平均流量。在本研究中，我们进行类似的Held-Suarez测试潮汐锁定的系外行星与GFDL-Princeton柔性建模系统（FMS）的光谱和有限差分动力学核心的一套测试，包括地球的标准基准，一个假设的潮汐锁定地球，一个“浅”热木星模型和HD 209458 b的“深”模型。我们发现定性和定量的协议之间的解决方案为地球，潮汐锁定地球和浅热木星的基准，但协议是不够令人满意的HD 209458 b的深层模型。进一步的研究表明，可以通过任意调整两个求解器中的水平耗散参数的值来获得更接近的协议，但它仍然是这样的情况下，水平耗散的大小是不容易指定的第一原理。不管辐射转移或化学成分的考虑，我们的研究指出，我们的能力的局限性，准确地模拟热木星大气与气象解算器在百分之十的水平的温度场和百分之几十的速度场。因此，直接风测量对于模型来说应该特别具有约束力。我们的基准测试套件也为希望调整代码以研究潮汐锁定的地球/海王星/彗星的大气环流制度的研究人员提供了参考点。
2011-02-15 astro-ph.EP astro-ph.GA
Hot Jupiters are Inflated Primarily by Shallow Heating
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究发现热木星的膨胀主要由浅层加热驱动，而非深层加热，并预测大气循环相关观测指标随温度变化呈现特定趋势。
2026-03-02 astro-ph.EP
Magnetically Controlled Circulation on Hot Extrasolar Planets
通过热电离过程，强烈的恒星辐射使热木星大气层导电。同时，辐射的横向变化驱动着全球环流，峰值风速达到~ km/s。反过来，大气流和背景磁场之间的相互作用产生洛伦兹力，这种力可以使气流偏离其纯粹的流体动力学对应物。使用分析理论和数值模拟，在这里，我们表明，显着偏离轴对称环流是不稳定的存在下，一个不可忽略的轴对称磁场。具体来说，我们的研究结果表明，昼侧到夜侧的流动，往往在三维环流模型的背景下获得，只存在于物体上的异常低的磁场，而大多数高辐射的系外行星大气层完全由纬向喷流为主。
2013-07-30 astro-ph.EP
Exploring the deep atmospheres of HD 209458b and WASP-43b using a non-gray general circulation model
用三维大气环流模型（GCM）进行的模拟表明，在热彗星中观察到的半径膨胀背后的一个潜在驱动因素可能是能量从高度辐照的光球层向下平流到更深层。在这里，我们比较了非膨胀热木星WASP-43 b和典型膨胀热木星HD 209458 b内的动态热传输，具有相似的有效温度。我们调查到什么程度的辐射驱动的加热和冷却的光球（在压力小于1巴）影响更深的温度分布（在1至700巴之间的压力）。我们的模拟与新的非灰色三维辐射流体动力学模式expRT/MITgcm显示，WASP-43 b的深部温度分布与一个相对寒冷的对流层。然而，HD 209458 b的深层并不收敛，并且无论使用冷或热初始状态都几乎保持不变。此外，我们表明，不同的流动结构，在深大气层出现。在那里，我们发现WASP-43 b表现出一个深赤道急流，这是由相对较快的潮汐锁定旋转驱动的（0.81天），而HD 209458 b（3.47天）。然而，通过比较不同的旋转周期的模拟，我们发现，所产生的流动结构只在很小程度上影响在深层大气中的温度演变，这几乎是完全由辐射加热和冷却。此外，我们发现，更深的层的演化可以影响的3D温度结构的光球WASP-43 b。因此，WASP-43 b的向阳面发射光谱可能会对更深处发生的动力学过程提供更多的信息。
2022-10-03 astro-ph.EP
The Days Drag On on WASP-121 b: Interpreting its NIRISS Spectroscopic Phase Curve with General Circulation Models
University of Michigan（密歇根大学）；Trottier Space Institute at McGill（麦吉尔大学特罗蒂尔太空研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Planétarium de Montréal, Espace pour la Vie（蒙特利尔天文馆生命空间）
研究通过比较JWST/NIRISS光谱相位曲线与不同假设的三维模型，揭示了WASP-121 b大气中强拖拽源的存在及三维模型解释超热木星的复杂性。
2026-05-02 astro-ph.EP
3D mixing in hot Jupiter atmospheres. I. application to the day/night cold trap in HD 209458b
热蒸发器的大气温度范围从几百到几千开尔文。由于它们的昼夜温差很大，可冷凝的物质，如TiO和硅酸盐，在白天的气相中是稳定的，可能会冷凝并在重力作用下沉降在夜晚。大气环流可以抵消这种重力沉降的趋势。这种化学物质的三维（3D）混合以前没有被研究过，但对于评估这些行星大气中TiO和硅酸盐的存在和分布至关重要。我们执行3D全球环流模型的HD209458 b，包括被动示踪剂，平流与3D流，包括一个源/汇的夜面代表凝结和重力沉降的雾霾颗粒。我们表明，全球平流模式产生强烈的垂直混合，可以保持可冷凝的物种阁楼，只要他们被困在几微米或更小的颗粒大小的夜晚一侧。我们发现，垂直混合的结果，而不是从小尺度对流，但从大尺度环流驱动的昼夜加热对比。虽然这种垂直混合在任何严格意义上是不扩散的，我们的结果与理想化的扩散模型的比较允许一个粗略的估计垂直扩散系数。Kzz= 5x 10 **4/Sqrt（Pbar）m2/s可用于HD 209458 b的1D模型。此外，我们的模型表现出强烈的空间和时间的变化，示踪剂浓度，可能会导致在过境或二次日食测量可观察到的变化。最后，我们将我们的模型应用于HD209458 b中TiO的情况，并表明如果TiO在行星的夜晚凝结成大于几微米的颗粒，则昼夜冷阱将耗尽TiO，使其无法创建观测到的行星平流层。
2013-09-23 astro-ph.EP
Meridional Circulation of Dust and Gas in the Circumstellar Disk: Delivery of Solids onto the Circumplanetary Region
我们进行了形成行星的3D尘埃+气体辐射流体动力学模拟。我们研究了海王星，土星，木星和5个冥王星质量的行星在5.2，30，50 AU距离他们的恒星的参数网格。我们发现，纬向环流\citep{Szulagyi14,FC16}驱动一个强大的垂直流动的灰尘，以及，因此，灰尘是不解决在中面，即使是毫米大小的颗粒。环周环流将把尘埃和气体垂直地输送到环行区域，有效地桥接了间隙。尘埃的希尔球吸积率为$\sim10^{-8}$到$10^{-10}$ $\rm{M_{Jup}/yr}$，随行星质量增加而增加。对于气体成分，增益为$10^{-6}$至$10^{-8}$ $\rm{M_{Jup}/yr}$。随着行星质量的减小，尘埃和气体吸积速率之间的差异越来越小。在行星附近，毫米颗粒比气体更容易被捕获，这意味着环行星盘可能比环星盘更富含固体。我们计算了星周盘中各处的局部尘气比（DTG），并确定了DTG为1，0.1，0.01，0.001的中平面以上的高度。行星质量越大，毫米级的尘埃就被输送得越高，行星所携带的尘埃盘的比例也就越大。对于海王星质量或以下的行星来说，毫米尘埃的搅动可以忽略不计，但在土星质量以上的行星上是很重要的。
2021-10-22 astro-ph.EP
Atmospheric circulation of tidally locked exoplanets: II. Dual-band radiative transfer and convective adjustment
改进我们的纯动力学的工作，我们提出了三维模拟的大气环流的类地（外）行星和热彗星使用的GFDL-普林斯顿柔性建模系统（FMS）。作为离开Heng，Menou和Phillips（2011）的动力学基准的第一步，我们将双波段辐射转移和干对流调整方案添加到我们的计算设置中。我们对辐射转移的处理假设恒星辐射的峰值波长比系外行星重新发射辐射的波长短，并且与系外行星重新发射辐射的波长不同（“短波”与“长波”），并且还使用双流近似。对流是通过调整不稳定的直减率来模拟的。大气层的底部被一个具有有限热惯性的均匀平板所包围。对于我们的模型的热超导体，我们包括一个分析的形式主义计算的温度-压力分布，在辐射平衡，通过一个单一的参数，它占碰撞诱导吸收的影响。我们讨论我们的结果的背景下：预测的温度-压力分布和存在/不存在的逆温，可能的维护，通过大气环流，假定的高海拔，短波吸收预计产生这些逆温;热点与亚恒星点的角度/时间偏移，它的鲁棒性，我们的无知，高粘度，因此它的效用，在不同的热木星大气之间进行区分;和各种带状平均流量。我们的工作弥合了三维模拟之间的差距，这是纯粹的动力学和那些将多波段辐射转移，从而有助于建设所需的层次结构的三维理论模型。
2011-10-19 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.ao-ph
Three-dimensional atmospheric dynamics of Jupiter from ground-based Doppler imaging spectroscopy in the visible
本研究利用地基JIVE设备的可见光多普勒成像数据，首次绘制木星大气环流二维图并推导三维风场，结果与朱诺号数据定性吻合，经向流动测量仍待验证。
2024-04-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
THOR: A New and Flexible Global Circulation Model to Explore Planetary Atmospheres
我们从头开始设计和开发了一个名为THOR的全球环流模式，该模式求解三维非静力欧拉方程。我们的一般方法解除了常用的假设，浅层大气和流体静力平衡。我们解决了“极点问题”（收敛子午线上的一个球体导致越来越小的时间步长附近的极点）通过实施一个二十面体网格。网格中的不规则性，导致网格印迹，使用“弹簧动力学”技术进行平滑。我们验证我们的执行弹簧动力学检查计算的发散和梯度的测试功能。为了防止计算的时间步长被检查，必须解决声波，我们实现了分裂显式的方法连同水平显式和垂直隐式积分。我们验证我们的全球环流模型，通过重现地球，也热对流层基准测试。THOR被设计为在图形处理单元（GPU）上运行，这允许将来添加物理模块（辐射转移，云，化学），并且是开源Exoclimes模拟平台（ESP; www.exoclime.org）的一部分。
2016-07-19 astro-ph.EP physics.ao-ph
Three-Dimensional Atmospheric Circulation Models of HD 189733b and HD 209458b with Consistent Magnetic Drag and Ohmic Dissipation
我们提出了第一个三维的太阳系外气体巨大气环流模型的几何和能量一致的处理磁阻力和欧姆耗散。大气湍流度不断更新，并直接从流动结构计算，强烈耦合的磁场效应与环流模式。我们对热彗星HD 189733 b（Teq \approx 1200 K）和HD 209458 b（Teq \approx 1500 K）进行了建模，并测试了0到30 G的行星磁场强度。我们发现，即使在B = 3 G的大气结构和环流的HD 209458 b的强烈影响的磁效应，而较冷的HD 189733 b保持在很大程度上不受影响，即使在B = 30 G和超太阳金属丰度的情况下。我们对HD 209458 b的模型表明，磁场效应可以大大减缓大气风，改变环流和温度模式，并改变可观测的性质。这些模型建立了经度和纬度的热点偏移，昼夜通量对比和行星半径膨胀是热彗星和其他类似被迫系外行星大气中发生的磁感应过程的相互关联的诊断。大多数欧姆加热发生在大气层的高层和行星的白天一侧，而深层的加热强烈依赖于假设的行星内部热通量，当深层大气层很热时加热更多。我们比较欧姆功率在我们的模型中的深度，并估计在散装内部的欧姆耗散（从一般的标度律），进化模型，限制加热量来解释膨胀的半径HD 209458 b。我们的研究结果表明，深欧姆加热可以成功地膨胀半径HD 209458 b的行星磁场强度为B \geq 3 - 10 G。
2013-01-04 astro-ph.EP
Non-ideal MHD simulations of hot Jupiter atmospheres
本研究通过含霍尔漂移与双极扩散的一维非理想MHD模拟，发现热木星大气磁场缠绕远强于内部背景场，浅层欧姆加热效率显著，呼吁环流模型纳入自洽MHD效应。
2025-05-20 astro-ph.EP
