Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part II: Multi-annual high-resolution dynamical simulations

Autor: Sébastien Lebonnois, Aymeric Spiga, Melody Sylvestre, Mikel Indurain, Yann Meurdesoif, Thomas Dubos, Alexandre Boissinot, Simon Cabanes, Sandrine Guerlet, Thierry Fouchet, Ehouarn Millour, Jérémy Leconte
Přispěvatelé: Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), ECLIPSE 2020, Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Études Biologiques de Chizé - UMR 7372 (CEBC), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Calcul Scientifique (CALCULS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics (LESIA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), ANR-17-CE31-0007,EMERGIANT,Un modèle commun pour comprendre les atmosphères des géantes gazeuses(2017), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
010504 meteorology & atmospheric sciences
Baroclinity
Equator
[SDU.ASTR.EP]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP]
FOS: Physical sciences
01 natural sciences
7. Clean energy
symbols.namesake
Saturn
Barotropic fluid
0103 physical sciences
010303 astronomy & astrophysics
Stratosphere
Physics::Atmospheric and Oceanic Physics
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
0105 earth and related environmental sciences
Physics
Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP)
Jet (fluid)
Rossby wave
Astronomy and Astrophysics
Geophysics
Physics - Atmospheric and Oceanic Physics
13. Climate action
Space and Planetary Science
Physics::Space Physics
Atmospheric and Oceanic Physics (physics.ao-ph)
symbols
Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics
Kelvin wave
Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics
Zdroj: Icarus
Icarus, Elsevier, 2020, 335, pp.113377. ⟨10.1016/j.icarus.2019.07.011⟩
Spiga, A, Guerlet, S, Millour, E, Indurain, M, Meurdesoif, Y, Cabanes, S, Dubos, T, Leconte, J, Boissinot, A, Lebonnois, S, Sylvestre, M & Fouchet, T 2020, ' Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part II : Multi-annual high-resolution dynamical simulations ', Icarus, vol. 335, 113377 . https://doi.org/10.1016/j.icarus.2019.07.011
Icarus, 2020, 335, pp.113377. ⟨10.1016/j.icarus.2019.07.011⟩
ISSN: 0019-1035
1090-2643
Popis: The Cassini mission unveiled the intense and diverse activity in Saturn's atmosphere: banded jets, waves, vortices, equatorial oscillations. To set the path towards a better understanding of those phenomena, we performed high-resolution multi-annual numerical simulations of Saturn's atmospheric dynamics. We built a new Global Climate Model [GCM] for Saturn, named the Saturn DYNAMICO GCM, by combining a radiative-seasonal model tailored for Saturn to a hydrodynamical solver based on an icosahedral grid suitable for massively-parallel architectures. The impact of numerical dissipation, and the conservation of angular momentum, are examined in the model before a reference simulation employing the Saturn DYNAMICO GCM with a $1/2^{\circ}$ latitude-longitude resolution is considered for analysis. Mid-latitude banded jets showing similarity with observations are reproduced by our model. Those jets are accelerated and maintained by eddy momentum transfers to the mean flow, with the magnitude of momentum fluxes compliant with the observed values. The eddy activity is not regularly distributed with time, but appears as bursts; both barotropic and baroclinic instabilities could play a role in the eddy activity. The steady-state latitude of occurrence of jets is controlled by poleward migration during the spin-up of our model. At the equator, a weakly-superrotating tropospheric jet and vertically-stacked alternating stratospheric jets are obtained in our GCM simulations. The model produces Yanai (Rossby-gravity), Rossby and Kelvin waves at the equator, as well as extratropical Rossby waves, and large-scale vortices in polar regions. Challenges remain to reproduce Saturn's powerful superrotating jet and hexagon-shaped circumpolar jet in the troposphere, and downward-propagating equatorial oscillation in the stratosphere.
Comment: 68 pages, 23 figures, published in Icarus https://doi.org/10.1016/j.icarus.2019.07.011
Databáze: OpenAIRE
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