低緯度で自発的に生成された対流性高気圧—大赤斑のモデル

大赤斑は探査機ジュノーの観測から木星大気の根深い対流により生成維持されている可能性が高い。ガリレオガリレイも望遠鏡で見ていたらしいから500年以上は存在している。以下、機械翻訳。
低緯度で自発的に生成された対流性高気圧—大赤斑のモデル

概要
木星の南緯22度付近にある大赤斑は、何百年もの間観測されてきましたが、
この巨大な高気圧の形成の駆動メカニズムはまだ不明であります。 2つのシナリオ
その形成を説明するために提案されました。 1つは、天気かもしれないことを示唆する浅いモデルです
湿った対流によって生成された小さな浅い嵐のマージプロセスによって形成された特徴、
もう1つは深いモデルであり、木星の内部熱。この作品では、偉大なことを示す数値シミュレーションを提示します
レッドスポットは、深く回転する乱流の中で自然に生成され、長期間存続する可能性があります。
対流ロスビー数が特定の臨界値よりも小さい場合。この臨界値から、私たちは
大赤斑は、木星の大気の深さで少なくとも約500キロメートル伸びると予測します。
私たちの結果は、大赤斑が木星の大気に深く根付いた特徴である可能性が高いことを示しています。
キーワード：対流—木星の大気—渦—回転


図1.高緯度θ=90◦での回転対流のフローパターン。 撮影した温度摂動のスナップショット
対流層の中央で水平にz = 0.5。 明るい（暗い）色は、より高い（より低い）温度を示します。 上から
下のパネルには、合計フラックスが異なる4つのグループが示されていますFtot∈{10−2、10−3、10-4、10-5}、 それぞれ。 字幕
各小さな図のは、特定のケース番号を示しています。 フローパターンは、Roc1とRoc2によって3つのレジームに分けられます。
乱流、大規模サイクロン、大規模高気圧。 ロスビー数（回転速度ではない）に注意してください
各列で閉じています。


図2.高緯度での回転流の結果。 （A）急速に回転する対流における流れパターンの遷移。 NS
計算されたケースは、Fc-Roc図に示されています。 クロス、ブルーサイクル、レッドサイクルの記号は、それぞれ乱流、大規模サイクロン、大規模高気圧を示します。 これらの3つのレジームI、II、およびIIIは、Roc1と
Roc2。 垂直の破線は、図における木星の対流フラックスの位置を示しています。 （B）対流速度のスケーリング。
非回転ケースA0、B0、C0、およびD0の対流フラックスFcの関数としての対流速度vc。 NS
二乗平均平方根速度hv00iはvcとして使用されます。 ρtopは、ボックスの上部の密度です。 （C）と（D）は平均時間です
二乗平均平方根の水平速度と垂直速度。 グループA〜Dは、合計フラックスが異なる4つのグループを表します。Ftot∈{10−2、10−3、10-4、10-5}。


図3.低緯度θ= 22.5度での回転対流のフローパターン。 温度摂動のスナップショット
対流層z = 0.5の中央で水平に取られます。 回転速度は左から右に増加します。 3つのグループ
異なる総フラックスFtot∈{10−2、10−3、10-4}は上から下に表示されます。 設定はB5-D7とほぼ同じです。
図1、緯度が異なることを除いて。


図4.（A-E）ケースD7bの温度摂動のスナップショット。 （A）3Dボリュームレンダリング。 （B）平面での輪郭
z = 0.9。 （C）平面y = 3.6での等高線。 （D）平面x = 1.0での輪郭。 （E）に垂直な平面での輪郭
回転軸。 （F）瞬間速度場の渦構造。 （G）平均化された時間の渦構造（約
27システム回転周期）速度場。 赤（青）は、渦度の正（負）の垂直成分を表します。 渦巻き
構造はλ2基準によって識別されます（付録Cを参照）。


図5.上から見たケースD7bの渦構造。 （A）負の垂直渦度を持つ渦構造。
赤い丸は大規模な高気圧の位置を示し、黄色の円は大規模な高気圧の位置を示しています。
（B）正の垂直渦度を持つ渦構造。

3.ディスカッション
我々の結果は、長寿命のLSVが、高低の両方で回転する深い対流で生成される可能性があることを示唆している。
対流ロスビー数Rocが特定の臨界値よりも小さい場合の緯度。特に、高気圧
GRSと同様のLSVは、この数値の特定の臨界値に対して低緯度で見られます。あることがわかります
LSV内の正および負のSVT。負のSVTの分布は、LSV内で不均一であり、
大規模な高気圧内でより多く分布し、大規模なサイクロン内でより少なく分布します。私たちは提案しました
それを説明する3つのメカニズム。まず、熱境界層での熱プルームの放出の優先度
負のSVTよりも正のSVTを作成する傾向があります。第二に、大規模では実効回転数が大きい。
大規模サイクロンでより多くの負のSVTを減らす高気圧よりもサイクロン。第三に、ポジティブのクラスタリング
SVTはサイクロンで負のSVTを排出しますが、負のSVTのクラスター化は十分に強力ではありません。
高気圧で陽性のSVTを排出します。また、LSVの出現に対するRocの臨界値もわかりました。
正規化されたフラックスの大きさやエクマン数など、他のパラメータの影響を受けません。この発見
天体物理学または地球物理学の流れを理解する上で特定の意味を持つ可能性があります。星や惑星では、正規化された
フラックスとエクマン数は通常、直接シミュレートするには小さすぎます。対流ロスビー数、粘性のない
ただし、パラメータは正規化された流束とエクマン数ほど小さくはなく、数値で到達できる可能性があります
シミュレーション。星のシミュレーションで対流ロスビー数の同様の値を使用することが予想できます
または惑星は、これらの天体物理学的または地球物理学的な流れのダイナミクスを理解する上でいくつかの洞察を提供するかもしれません。にとって
太陽の場合、Rocは0.02から0.2の範囲にあると推定できます。推定は物理的値に基づいています
太陽対流層の深さH≈2.1×108m、回転速度Ω≈2.6×10^-6 S^-1、および対流
速度hv00i≈20− 200m / s（Miesch et al.2008）。私たちの計算に基づいて、LSVは
対流ロスビー数が約0.02である太陽対流層の底に存在します。高速回転用
HII 296、BD-16351、TYC 5164-567-1（Folsom etal。2016）などの太陽のような星、対流ロスビー数
太陽の約10分の1です。したがって、LSVはおそらく表面対流で形成される可能性があります
これらの太陽型星のゾーン。ただし、これらの推定では、磁界の影響は考慮されていません。強い磁場は、急速に回転する対流におけるLSVの形成を阻害する可能性があることがわかっています（Guervilly etal。
2015）。結果を星に適用するには、磁場の影響についてさらに調査する必要があります。
探査機ジュノーのマイクロ波放射計は、木星のGRSの深さ350kmまでを見ることができます。ジュノ重力測定は、GRSの深さに関する情報も提供できます（Parisietal。2020; Galanti et al.2019）。
最近、Junoマイクロ波放射計データ（Bolton etal。2021）と重力データ（Parisi etal。2021）が明らかにしました
GRSには、500kmの深さまで伸びる可能性のあるルートがあること。私たちのモデルはf平面上の回転対流の理論に基づいています。 LSVが可能性を排除しませんでした
反対の帯状ジェットによるLSVの形成（Lemasquerier etal。2020）など、他のメカニズムによって形成されます。
LSVは、より浅い雰囲気で形成できます。また、モデルに曲率β効果を含めませんでした。いつ
β効果が考慮されると、低緯度でのLSVの出現条件がさらに制限される可能性があります。それ
β効果とゾーンジェットが考慮されます。グローバルシミュレーション（Cai＆Chan 2012; Yadav etal。2020）は、
そのような問題。 LSVのグローバルシミュレーションの議論は、今後の作業に委ねます。


図6.波数kの関数としての運動エネルギーkP2（k）の時間平均補償パワースペクトル密度
ケースD7bの場合はz = 0.5。 平均期間は約14システムローテーション期間です。 コルモグロフk−5/3
スケーリングはで示されます
参考のために破線。


図7.ケースD7bのz = 0.1での温度摂動の時間発展。 期間は約27システムローテーションです
期間。 明るい（暗い）色は、より高い（より低い）温度を示します。


図8.ケースD7bのz = 0.9での温度摂動の時間発展。 期間は約27システムローテーションです
期間。 明るい（暗い）色は、より高い（より低い）温度を示します。


図9.ケースD7bのy = 3.6での温度摂動の時間発展。 期間は約27システムローテーションです
期間。 明るい（暗い）色は、より高い（より低い）温度を示します。


図10.ケースD7bのx = 1.0での温度摂動の時間発展。 期間は約27システムローテーションです
期間。 明るい（暗い）色は、より高い（より低い）温度を示します。


図11.ケースの正（赤色）と負（青色）の垂直渦度を持つ渦構造の時間発展
D7b。 期間は約27システムローテーション期間です。