行星大气的研究范围 - 北京大学物理学院大气与海洋科学系

1、Planetary Atmosphere吕程北京大学物理学院 06级大气班行星大气的研究范围：行星，卫星行星大气的研究范围：行星，卫星太阳系八大行星土卫二土卫六各行星大气基本概况各行星大气基本概况n90K700k n氦(42%)、汽化钠(42%)和氧(15%)n极稀薄没有n大气频繁地被补充更换 水星Mercury 金星（金星（Venus ）n与地球环境最相似nCO2（96%）、N2（3.5%）n大气分层：透明洁净大气浓雾区厚云区薄雾区 n频繁的放电现象 地球（地球（Earth）n184K331Kn氮(78.5%) 氧(21%) n对流层平流层中间层热层 n三圈环流，热带风暴，中高纬度气旋，Ro

2、ssby波等等火星（火星（Mars）n稀薄充满尘埃n141K301Kn低层大气中层大气热层逸散层n单胞环流，风暴，尘暴，云木星（木星（Jupiter）n123K左右n氢 (80) 氦(18) n气态星球，无固体表面，有固体内核n纬向高速飓风 ，丰富的涡旋，稠密活跃的云系 ，大红斑n向外辐射能量大于吸收太阳辐射能量土星（土星（Saturn ）n平均143Kn氢(93%) 氦(5%) n太阳系最高风速，“枯燥乏味”，赤道附近有白云，椭圆形斑点n大白斑天王星天王星（Uranus ）n49K57Kn氢(833% ) 氦(153%) n对流层平流层增温层n平静的大气层，云，暗斑海王星（海王星（Neptu

3、ne ）n55K72Kn氢(803.2%) 氦(193.2%) 甲烷(1.50.5%)n极为剧烈的风暴系统 ：大黑斑，小黑斑，滑行车n内部热源研究手段n观测（observation）n模拟（simulation）n理论（theory）n实验（experiment）观测n雷达n望远镜n卫星n探测器、飞船n登陆探测探测器“伽利略”号木星探测器“麦哲伦”号金星探测器旅行者2“火星探路者”着陆器勇气号火星车火星探测器“机遇”号.“火星奥德赛”轨道器太空望远镜哈勃太空望远镜Rosat空间望远镜模拟n早期行星大气的数值模拟主要是用基于地球大气物理的运动方程、能量方程和质量守恒方程来模拟行星大气，并将这些模

4、拟结论与早期的行星观测数据进行比较，从而建立行星的大气环流模型。n后来加入辐射，相变等过程的模拟，进行边界参数化，以更好的模拟不同行星大气层的特殊性。Andrew P. Ingersoll实验风洞实验模拟火星沙浪模拟类木行星超级旋转近期研究领域及成果Timothy E. DowlingF. H. BusseMark I. RichardsonSaturnJupiterUranusNeptune浅水模式数值模拟浅水模式对纬向风模拟失败SimulationObservation nDeveloped by Dowling at MIT nA General Circulation ModelVer

5、tical DistributionEPIC 模拟结果Observation SimulationObservation SimulationThick Shell (Cooled Within)Thin Shell Cooled Within) Centrifugal force gReversed Temperature gradient对未来的展望n尚待解决的问题n新探测器n未来可能的方向及有进展的问题尚待解决的问题n火星沙尘暴的形成机制，运动规律等n金星，土星，海王星的超级旋转问题n天王星增温层的能量来源新探测器詹姆斯韦伯太空望远镜（接替哈勃太空望远镜）NASA拟2009年底发射大型火星探测器“火星科学实验室”。MIT正在研发可大量播撒的微型火星探测器。日本拟发射绕金星大气层运行的金属气球探测器，以研究超级旋转