The UK Met Office global circulation model with a sophisticated radiation scheme applied to the hot Jupiter HD 209458b
The UK Met Office global circulation model with a sophisticated radiation scheme applied to the hot Jupiter HD 209458b
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英国气象局全球环流模型采用复杂的辐射方案应用于热木星 HD 209458b
DOI：
10.1051/0004-6361/201629183
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发表时间：
2016
影响因子：
6.5
通讯作者：
Amundsen D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Amundsen D
为了研究高质量观测揭示的热木星大气的复杂性，我们对这些系外行星采用了英国气象局全球环流模型（GCM），即统一模型（UM）。UM解决了具有高度变化重力的完整3D Navier-Stokes方程，避免了目前应用于系外行星的大多数gcm所使用的简化。在这项工作中，我们提出了UM动力核心与精确辐射方案的耦合，该方案基于双流近似和相关k方法，并使用来自ExoMol的最先进的不透明。我们对这个模型的第一个应用是对热木星HD 209458b的广泛研究。我们推导了合成的发射光谱和相位曲线，并将它们与基于最先进的辐射传输的先前模型和观测结果进行了比较。我们发现观测结果与我们的白天侧发射和热点偏移量之间有合理的一致性，然而，我们的夜晚侧发射太大了。总的来说，我们的结果在质量上与Showman等人（2009,ApJ, 699, 564）使用SPARC/MITgcm发现的结果相似，然而，我们注意到几个定量差异：我们的模拟显示大气最热部分的位置随压力的显著变化，正如从简单的时间尺度参数所期望的那样，与Showman等人（2009）发现的“垂直相干性”形成对比。我们还看到计算合成观测值的显著数量差异。我们的比较加强了对动态核、辐射方案和后处理工具的详细相互比较的需要，以了解这些差异。为了根据GCM的结果得出关于这些大气的可靠结论，这种努力是必要的。
To study the complexity of hot Jupiter atmospheres revealed by observations of increasing quality, we have adapted the UK Met Office Global Circulation Model (GCM), the Unified Model (UM), to these exoplanets. The UM solves the full 3D Navier-Stokes equations with a height-varying gravity, avoiding the simplifications used in most GCMs currently applied to exoplanets. In this work we present the coupling of the UM dynamical core to an accurate radiation scheme based on the two-stream approximation and correlated-kmethod with state-of-the-art opacities from ExoMol. Our first application of this model is devoted to the extensively studied hot Jupiter HD 209458b. We have derived synthetic emission spectra and phase curves, and compare them to both previous models also based on state-of-the-art radiative transfer, and to observations. We find a reasonable agreement between observations and both our days side emission and hot spot offset, however, our night side emissions is too large. Overall our results are qualitatively similar to those found by Showman et al. (2009, ApJ, 699, 564) with the SPARC/MITgcm, however, we note several quantitative differences: Our simulations show significant variation in the position of the hottest part of the atmosphere with pressure, as expected from simple timescale arguments, and in contrast to the “vertical coherency” found by Showman et al. (2009). We also see significant quantitative differences in calculated synthetic observations. Our comparisons strengthen the need for detailed intercomparisons of dynamical cores, radiation schemes and post-processing tools to understand these differences. This effort is necessary in order to make robust conclusions about these atmospheres based on GCM results.
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