太阳系外行星上的风生海洋环流

【作者】 季伟文； 杨军；

【机构】 北京大学物理学院大气与海洋科学系杨军研究组；

【摘要】 近年来行星科学已成为一个热门的研究领域。最新的数据表明人们已发现了近3500颗太阳系外行星。一个关键的问题在于哪些类型的系外行星是具有潜在宜居性的。此前的各种工作主要集中在大气动运动及其对行星气候的影响。我们的工作将主要通过研究系外行星的海洋运动来提高之前的认识。作为研究的第一步,我们首先使用单层浅水海洋模型,研究了行星旋转速率,风应力强度,流体粘度,海洋深度,海洋盆地结构(纬向方向闭合或开放)和地表重力加速度如何影响系外行星风生海洋环流的形态和强度。我们的模拟表明,在封闭洋盆中,行星旋转速率及其经向的变化(即β效应)从根本上决定了环流的西向强化和整体形态,其他因素的变化主要在于增强或减弱环流。在流速较大时非线性平流的增强还会导致非稳定流场的出现。对于开放的海洋盆地(没有东西边界的情况,例如地球上的绕南极环流),海洋流场形态的主要特征是稳定的层流。在开放洋盆中,动量方程中的非线性平流项影响很小,并且数值解和解析解具有较好的一致性。当风场在经向变化显著并满足正压不稳定条件时,流场会变得不稳定,最终由层流演化为大尺度的波动。这项工作将提高我们对行星海洋动力过程的了解,并为研究存在海洋的系外行星的气候和宜居性提供重要的依据。更多还原