第二届未来大气科学论坛

随着JWST的运行，系外行星大气表征研究已经扩展到低质量系外行星。在致密多行星系统中，长期的自转–轨道共振可能使即使经历潮汐减速的低质量行星仍保持较高的倾角和非同步自转，从而可能产生独特的大气环流结构。为了理解这种情况对大气环流的影响，并识别高倾角行星可能产生的观测信号，我们对一个具有代表性的迷你海王星行星 K2-290 b 进行了三维大气环流模拟，其自转倾角可能达到约67度。无论行星是否处于同步自转状态，其较慢的自转速度、适中的温度以及行星半径导致全球范围内呈现弱温度梯度（WTG）特征。在同步自转情形下，宽广的西风急流能够高效地重新分配热量。而在非同步自转情形下，高倾角会驱动显著的季节循环，并伴随风场和温度的准周期振荡。这些振荡由波–平均流相互作用驱动，并由于行星自转较慢而从低纬度延伸至中纬度。更高的大气金属丰度会增强辐射强迫，从而增加水平温度对比并提高急流速度。云在同步自转情况下影响较小，但在非同步自转情况下会通过减弱温度对比而削弱急流强度。在所有情形下，行星的热发射光谱和透射光谱均表现出约100 ppm量级的可观测信号，而高倾角效应带来的差异仅为10 ppm。我们的结果同样适用于一类可能具有高倾角的系外行星，它们处于WTG动力学区间，并可能表现出几乎均匀的水平温度分布。