On the possibility of through passage of asteroid bodies across the Earth's atmosphere
我们研究了直径为200、100和50米的小行星穿越地球大气层的条件，这些小行星由三种类型的物质组成-铁、石和水冰，其最低轨道高度为10- 15公里。发现了这一通道的条件，随后进入太空，并保留了初始质量的相当一部分，所获得的结果支持了我们解释天文学长期存在的问题之一-通古斯卡现象的想法，迄今为止，通古斯卡现象尚未得到合理和全面的解释。我们认为通古斯事件是由一颗铁小行星穿过地球大气层并继续进入近太阳轨道引起的。
2020-09-29 astro-ph.EP physics.ao-ph
Internal wave coupling processes in Earth's atmosphere
本文综述了低层大气内波引起的大气-电离层系统垂直耦合的研究现状。大气波动主要由气象过程产生，具有广泛的时空尺度，并且可以传播到高层大气。对内波理论进行了简要的总结，重点介绍了重力波、太阳潮、行星Rossby波和开尔文波。本文概述了高层大气中波信号的观测、它们与波直接传播到高层大气的关系、动力学和热影响以及概念、方法和数值模拟技术。本文结合波致低层和高层大气垂直耦合问题讨论了平流层突然变暖和高层大气变率研究的最新进展。
2014-11-29 astro-ph.EP physics.ao-ph
Emergence of global scaling behaviour in the coupled Earth-atmosphere interaction
地球全球几何的尺度不变性可能导致气候系统各组成部分之间的耦合相互作用行为。最有趣的相关性之一存在于全球地形的空间统计数据和地球上的温度之间。在这里，我们表明，通过不同的方法在地球地形中观察到的幂律行为，类似于独立的大气参数的全球空间发布的比例律。我们报告观察到的标度行为，这些变量的特点是不同的普适指数。更具体地说，我们发现，在地球上的土地近地面温度的波动的空间幂律行为，共享相同的普遍指数的全球地球地形，地球的静态几何形状控制的动态大气场的恒定状态的全球持续作用的指示。这种普遍特征可以为从理论上理解大气层与地球全球地形的混沌性质铺平道路。
2016-09-27 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
A Model of Intra-seasonal Oscillations in the Earth atmosphere
我们提出了一种合理化的季节内振荡（IOs）的地球大气流的相互作用的行星波，孤立于所有其余的行星波系统的四个气象相关的三元组。我们的模型与地形（山脉等）无关。并给出了北半球和南半球IO的自然解释。球形行星波是服从离散共振的波介观系统的一个例子，它也出现在物理学的其他领域。
2007-04-04 nlin.CD physics.ao-ph
Influence of the Earth's atmosphere rotation on the spectrum of acoustic-gravity waves
Cheremnykh等人最近的一篇论文（《空间研究进展》，2022年）表明，考虑到地球大气的旋转，导致在声学诊断图上出现了一个新的具有连续频谱的消逝波区域--重力波。该区域位于重力波的下限以下，在所有波长下都等于$2Ω$，其中$Ω$是大气旋转的角频率。这一结果是在大气的高纬度地区得到的，在那里我们可以限制自己只考虑地球自转频率的垂直分量。在拟议的文件中，我们表明，考虑到这两个组件的矢量的大气旋转频率$\overrightarrowΩ$ -水平，$Ω\cosφ$，和垂直，$Ω\sinφ$，其中$φ$是地球的纬度，在声-重力波传播中起主导作用的垂直分量。结果表明，水平分量对声波和重力波区域边界诊断图的影响不大，可以忽略不计。还表明，最强的垂直分量的频率影响的下限的重力波，这取决于在所有波长上的纬度的观测站点，等于$2Ω\sinφ$。
2022-02-01 physics.ao-ph
Survival of Terrestrial N2-O2 Atmospheres in Violent XUV Environments through Efficient Atomic Line Radiative Cooling
大气层在行星的可居住性中起着至关重要的作用。在M矮星和年轻的类太阳恒星周围，行星受到与现在地球相同的太阳辐射，暴露在强烈的恒星X射线和极紫外线（XUV）辐射下。这项研究探讨了当今地球的大气层是否能在如此恶劣的XUV环境中生存的基本问题。以前的理论研究表明，恒星的XUV辐射足够强烈，可以在短时间内完全消除这种大气。在这项研究中，我们开发了一个新的高层大气模型，并重新研究了热层结构的热和流体动力学响应的地球一样的N2-O2大气，在地球质量的行星，在XUV辐射的增加。我们的模型包括通过原子和离子的电子跃迁的辐射冷却的影响，称为原子线冷却，除了由以前的模型占的过程。我们表明，原子线冷却占主导地位的流体动力学效应在XUV辐射水平大于几倍，目前的地球水平。因此，大气层的结构几乎保持流体静力学，即使在XUV辐射水平达到目前地球辐射水平的一千倍时，其逃逸仍然缓慢。我们对N2-O2大气的Jeans逃逸率的估计表明，这些1巴的大气在类太阳恒星的早期活跃阶段幸存下来。即使在活跃的晚M矮星周围，N2-O2大气层也可以在十亿年的时间尺度上逃脱显着的热损失。这些结果为类地系外行星的可居住性和地球的气候历史提供了新的见解。
2022-10-04 astro-ph.EP physics.ao-ph
Earth shaped by primordial H$_2$ atmospheres
本文通过自洽热力学模型提出，地球的水、核密度亏损和氧化态均可由前身行星胚胎中富H$_2$原始大气与岩浆洋及金属核的平衡反应统一解释，为地球关键地球化学特征提供了与岩石行星形成过程一致的简单机制。
2023-04-16 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Influence of Phase Diffuser Dynamics on Scintillations of Laser Radiation in Earth Atmosphere: Long-Distance Propagation
本文研究了随机位相扩散器对激光涨落的影响。不仅空间，而且时间的相位变化所引入的相位扩散器进行了分析。对于长的传播路径，闪烁指数对有限时间相位变化的显式依赖。结果表明，对于较大幅度的相位起伏，有限时间效应降低了相位扩散器抑制振荡的能力。
2009-03-31 physics.ao-ph physics.optics
Fractal and Multifractal Analysis of the Rise of Oxygen in Earth's Early Atmosphere
针对早期地球大气模型参数不确定的问题，本文加入不同强度噪声，并用分形与多重分形分析揭示大氧化事件后氧、碳和甲烷时间序列的长程相关及多重分形特征。
2015-06-09 astro-ph.EP nlin.CD physics.ao-ph
Estimation of number of runaway electrons per avalanche in Earth's atmosphere
雷暴与相对论性逃逸电子雪崩之间的联系是一个重要的研究课题，引起了许多研究者的关注。除此之外，还有很多关于电子雪崩动力学的各种模拟。这篇文章主要是为了回应Evgeny Oreshkin等人的文章“逃逸电子的临界雪崩”，该文章显示了相当大的逃逸电子数量的估计，但它也包含了我们自己的模拟结果以及与其他论文的比较。
2020-08-13 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Effect of mantle oxidation state and escape upon the evolution of Earth's magma ocean atmosphere
岩浆海洋时期是决定地球大气如何发展成可居住环境的关键阶段。然而，在决定早期地球大气层的关键过程中，例如行星内部的放气和物种逃逸到太空中，存在着重大的不确定性。本文研究了不同地幔氧化还原状态下不同物质的释气和H $_2$的逃逸对岩浆海洋期大气组成和演化的影响。我们包括一个重要的新的大气-内部耦合机制，即地幔的氧化还原演化强烈影响的物种的放气。我们模拟的挥发性放气和化学形态在表面的各种氧化还原状态的地幔采用C-H-O为基础的化学形态模型结合内部放气模型。然后，我们应用逐行辐射转移模型来研究行星的红外发射和传输方面的远程外观。最后，我们使用一个参数化的扩散限制和XUV能量驱动的大气逃逸模型来计算H $_2$到空间的损失。我们模拟了地球岩浆海洋时期还原或氧化大气的热发射和透射光谱。与富含H $_2$ O和CO $_2$的氧化或厚大气相比，由H $_2$组成的还原或薄大气向空间发射更多的辐射，并且具有更大的有效高度。我们得到的H2从地幔到大气中的释气速率是扩散限制逃逸到空间的速率的10倍。我们的工作提供了有用的洞察地球大气在岩浆海洋时期的发展，以及输入，以指导未来的研究讨论系外行星内部成分。
2020-11-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
On the Anthropogenic and Natural Injection of Matter into Earth's Atmosphere
每年都有越来越多的物体被送往太空。在高空轨道上停留时，低空物体会重新进入大气层，大部分会解体并向高层大气层添加物质。越来越多的国家开展空间计划，推进商业化，并实施雄心勃勃的卫星星座项目，这引起了人们对未来空间碎片的担忧，并将继续增加进入大气层的质量流量。在这项研究中，我们将人造（人为）物体的质量流入与流星体引起的自然质量流入地球大气层进行了比较，流星体来自小行星和彗星等太阳系物体。考虑到计划中的和已经部分安装的大型卫星星座，评价了人为质量源的当前和不久的将来的意义。有关质量，成分和自然和人为物质的消融的详细信息，审查相关文献。今天，与每年注入的天然物质相比，人为物质确实占2.8%左右，但未来的卫星星座可能会将这一比例提高到近40%。在这种情况下，若干金属的人为注入远远超过自然源的注入。此外，我们发现，人为注入到大气中的气溶胶不成比例地增加。所有这些都可能对地球的大气层和陆地栖息地产生未知的影响。
2020-08-29 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The young Sun's XUV-activity as a constraint for lower CO$_2$-limits in the Earth's Archean atmosphere
尽管它们的重要性，以确定地球的大气和表面条件的演变，地球的大气CO $_2$丰度的演变历史，在太古宙和太阳的活动是不好的约束。在这项研究中，我们应用一个国家的最先进的物理模型的太古代地球的高层大气中研究不同的大气CO $_2$ /N $_2$混合比和太阳活动水平的大气逃逸到太空的影响。我们发现，除非CO $_2$是太古宙大气的主要成分，否则太阳强烈的X射线和紫外线辐射对热层的加热会导致迅速逃逸到太空。在38亿年前，大气CO $_2$丰度的下限约为40%，这可能足以抵消年轻太阳的微弱影响，使地球不至于完全冻结。此外，我们的研究结果表明，太阳很可能是作为一个缓慢到中等的{旋转的年轻G星}诞生的，以防止快速逃逸，在整个太阳系的历史上，对太阳的活动演化施加了重要的限制。如果在太古代大气中存在未知的冷却机制，这可能会降低我们的CO $_2$稳定性极限，这将允许一个更活跃的太阳。
2021-09-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Earth's rotation forms the general circulation of the atmosphere
该研究提出地球自转产生的离心力形成非静力压力梯度，从而维持由极地与赤道温差驱动的大气环流，该环流由三股方向相反的气流组成。
2023-06-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Atmospheric dynamics of Earth-like tidally locked aquaplanets
我们提出了模拟大气的类地aquaplanes潮汐锁定到他们的恒星，也就是说，行星的轨道周期是等于旋转周期围绕他们的自旋轴，使一面总是面对恒星和另一面总是黑暗的。作为说明慢速和快速自转影响的极端情况，我们考虑自转周期等于当前地球年和当前地球日的行星。负责地表气候的动力学（例如，风、温度、降水）和大气环流之间的关系，并结合现有的大气环流理论进行了讨论。例如，随着旋转速率的增加，科里奥利加速度相对于惯性加速度的重要性增加，在缓慢旋转的大气中，风近似是各向同性的，并且在领先的顺序是发散的，但在快速旋转的大气中，风主要是纬向的和旋转的。在缓慢旋转的大气中，自由大气的水平温度变化一般比在快速旋转的大气中弱。有趣的是，无论是在快速旋转还是缓慢旋转的大气层中，行星夜晚一侧的地面温度都不会低于~240 K;也就是说，从行星白天一侧到夜晚一侧的热量传输有效地降低了两种情况下的温度差异。在快速旋转的大气中，旋转波塑造了风、温度和降水的分布;在缓慢旋转的大气中，这些分布由简单的发散环流控制。这些结果对潮汐锁定的类地系外行星的研究很有意义，也是行星自转和日射分布如何塑造气候的例证。
2010-01-28 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric Chemistry of Secondary and Hybrid Atmospheres of Super Earths and Sub-Neptunes
本文构建统一理论框架，结合非理想气体与混合效应，计算超级地球和亚海王星次生及混合大气的释气化学，并指出CO₂/CO可诊断地幔氧逸度。
2024-01-22 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Life as the Only Reason for the Existence of N2-O2-Dominated Atmospheres
地球的大气层以N2为主，这是一个非常特殊的特征。首先，N2作为主要气体在内太阳系的类地行星上是独特的，并给出了构造活动的暗示。研究大气氮的来源及其稳定性可以深入了解地球栖息地的独特性。其次，大气中N2和O2的共存在整个太阳系中是无与伦比的。这种结合与有氧生命形式的存在密切相关。氮在地表、海洋和大气中的可用性可以使或阻止类地行星的可居住性，因为氮是所有已知生命形式所必需的。在目前的工作中，大气氮的不同来源，氮占主导地位的大气的稳定性，以及早期地球的大气N2的发展进行了讨论。我们展示了为什么N2-O2-大气不仅是任何生命形式的生物标志物，也是有氧生命形式的生物标志物，这是导致地球上更高层次生命的第一个重要步骤。
2021-03-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Overlooked centrifugal and Coriolis forces in the Atmosphere due to the Earth's motion in the solar system
地球和月球绕着它们的质心缓慢旋转不会引起科里奥利加速度。另一方面，太阳和地球的运动是一种带有科里奥利力的旋转，这似乎还没有被计算出来，所有三个天体的运动系统中的惯性加速度也没有被计算出来。本文的目的是评价有关的科里奥利和离心项，并将它们与现有的大气标准项进行比较。这是一个主要的结果，革命是在地球，月球和太阳的联合动力学的核心重要性。协变流动方程是处理这种复杂流动设置的公知工具。它们在这里被用来量化地球绕地月质心公转和绕太阳自转对大气环流的影响。结果发现，围绕太阳的运动增加了标准科里奥利力的时间依赖项。给出了相应的离心加速度。这些加速度的主要部分由月球和太阳的引力平衡，但重要的不平衡贡献仍然存在。通过重复计算旋转的地球-月球对，可以对地球旋转的后果有新的认识。结果表明，这种旋转使大气动力学复杂化。
2021-05-04 physics.ao-ph
Coupled Ocean-Atmosphere Dynamics in a Machine Learning Earth System Model
Princeton University（普林斯顿大学）；NVIDIA（英伟达）；University of Washington（华盛顿大学）
本文提出高分辨率 AI/ML 耦合地球系统模型 Ola，分别建模海洋与大气动力学，能再现热带波及真实 ENSO 特征，并在 ENSO 预测上优于 SPEAR。
2024-06-12 cs.LG physics.ao-ph
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
Origin of the Ocean on the Earth: Early Evolution of Water D/H in a Hydrogen-rich Atmosphere
根据太阳系中几种水源的氘/氢比（D/H）讨论了地球海洋的起源。已知碳质陨石的平均D/H接近于目前地球海洋的D/H，而彗星和太阳星云的D/H分别比地球海洋的D/H大2倍和小7倍。因此，地球海洋的主要来源被认为是CC或彗星和太阳星云的充分混合。然而，这些结论只有在地球上水的D/H在过去的4.5 Gyr中保持不变时才是正确的。本文研究了在早期地球具有富氢大气的情况下，海洋中D/H的演化，这种富氢大气的存在是最近的行星形成理论所预言的，无论星云是否存在。结果表明，海洋中的D/H增加了2-9倍，这是由于海洋形成过程中氢气与水蒸气之间的氘交换以及大气氢损失过程中的质量分馏作用造成的。这一结果表明，CC和当前地球海洋之间水的D/H的明显相似性并不一定支持CC的水起源，并且D/H的明显差异并不是排除水的星云起源的好理由。
2007-09-13 astro-ph physics.ao-ph
Self-Shielding Enhanced Organics Synthesis in an Early Reduced Earth's Atmosphere
本研究通过数值模拟发现，早期湿润还原性大气中C2H2、C3H4等烃类的UV自屏蔽可抑制H2O光解与CH4氧化，使近半CH4转化为有机物并沉积HCN、H2CO，支持生命起源的前生物有机汤形成。
2024-10-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Laboratory Complex for the Calibration of Photometers Using the Optical Method for Determination of the Water Vapor Content in the Earth Atmosphere
我们描述了实验室复杂的校准光度计，用于气象服务，以测量地球大气中的水蒸气含量。该综合体建于普尔科沃天文台，并在普尔科沃天文台和林登贝格气象台（德国林登贝格气象观测站-理查德-Aßmann-Observatorium）合作的框架内开发。它用于获得单个设备的校准依赖性，并开发和比较各种校准依赖性的构建方法。这些技术是基于直接校准的光度计，对水蒸气的光谱实验室传输功能的使用，对计算方法使用光谱数据库的个别线路。我们希望，当详细考虑设备的参数和使用新的水汽吸收能力的结果时，可以达到测定大气中1-2%的水汽含量的准确度。
2010-11-15 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.ins-det
Asynchronous rotation of Earth-mass planets in the habitable zone of lower-mass stars
位于低质量恒星宜居带的行星通常被认为处于潮汐同步自转的状态，这将大大影响它们的宜居性。虽然热潮汐导致金星逆行旋转，但简单的尺度论证倾向于将这种特殊性归因于巨大的金星大气层。使用全球气候模型，我们表明，即使是一个相对较薄的大气层可以驱动类地行星的旋转远离同步。我们推导出一个更现实的大气潮汐模型，预测四个异步平衡自旋状态，两个是稳定的，当热潮汐的幅度超过一个阈值，满足了可居住的类地行星与1巴的大气周围的恒星质量超过0.5-0.7Msun。因此，许多最近发现的类地行星可以表现出异步的自旋轨道旋转，即使有一个薄的大气层。
2015-02-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
A climatic thermostat making Earth habitable
地球和其他有大气层的行星的平均表面温度是由未反射的入射太阳辐射和来自大气层的长波黑体辐射之间的辐射平衡决定的。由于温室效应，地表温度高于黑体温度。平衡冰-水冷却和温室效应导致两种稳定的气候状态。一个寒冷的气候状态，一个完全被冰覆盖的星球，称为雪球地球，和一个温暖的状态类似于我们现在的气候，温室效应阻止了总冰川。在地球地质历史的大部分时间里，温暖的状态一直主导着地球，尽管年轻的太阳要暗30%。气候变暖可能是由温室恒温器控制的，该恒温器通过控制风化过程的温度来控制大气中的$CO_2$。这种温度控制早在40亿年前的重轰炸结束时就允许生命进化。
2005-05-12 astro-ph nlin.CD physics.ao-ph
