a b s t r a c t这项工作引入了一种方法,可以通过将机器学习的替代模型整合到OASIS全球循环模型(GCM)中来增强3D大气模拟的计算效率。传统的GCM基于反复整合物理方程的传统GCM在一系列时间段的大气过程中进行了大气过程,这是时间密集的,导致了模拟的空间和时间分辨率的妥协。这项研究赋予了这一限制,从而在实际时间范围内实现了更高的分辨率模拟。加速3D模拟在多个域中具有显着含义。首先,它促进了将3D模型集成到系外行星推理管道中,从而从以前从JWST和JWST Instruments预期的大量数据中对系外行星进行了良好的表征。其次,3D模型的加速度将使地球和太阳系行星的更高分辨率模拟,从而更详细地了解其大气物理和化学。我们的方法用基于仿真输入和输出的训练的基于神经网络的复发模型代替了绿洲中的辐射传输模块。辐射转移通常是GCM最慢的组件之一,因此为整体模型加速提供了最大的范围。替代模型在金星大气的特定测试案例上进行了训练和测试,以基准在非生物大气的情况下基于这种方法的实用性。这种方法产生了令人鼓舞的结果,与在一个图形处理单元(GPU)上相比,与使用匹配的原始GCM在金星样条件下相比,在一个图形处理单元(GPU)上表明,ABO V E 99.0%的精度和147个速度的因子。
1.行星大气和电离层:大气物理学 - 根据温度和压力对大气进行分类、静水方程、高程方程。大气成分 - 主要和次要成分、臭氧和其他微量成分的作用、大气的演变。温度、密度、电离和压力随海拔高度的变化 - 定义大气区域、不同行星的大气、等离子体形式的电离层、等离子体概念、查普曼层产生理论、电离层的形成、气辉和极光发射、使用地面和空间技术测量离子和电子密度。
使用观测,理论模拟和建模研究行星大气中的物理和化学过程。测试室也被开发并用于模拟月球,火星和金星环境。分析同位素(原始和宇宙基础)和陨石中的元素丰度用于表征早期太阳系对象和陆地储层中的过去和当代过程。通过在PRL建立的最先进的实验设施对行星样品及其陆地类似物的岩石学,形态,化学组成和同位素研究来研究行星体中的地质过程。研究了行星体遥感的数据,以研究表面地质和形态的目的。
天体物理学的一大新领域是系外行星的研究。截至 2020 年 4 月底,已知有 4000 多个这样的天体。其中 2000 多个是由开普勒任务发现的,另有 2000 个候选天体尚待确认。开普勒任务对于了解我们在宇宙中的位置至关重要,如果没有威廉·博鲁茨基的聪明才智和奉献精神,开普勒任务就不会实现。在职业生涯早期,威廉就因建造光谱仪器来确定超高速冲击波的等离子体特性而出名。他开发了地球平流层和中间层的光化学模型,以研究一氧化氮和氟碳排放对臭氧的影响。他还研究了闪电的光学效率,并结合航天器观测结果,利用这些测量结果推断出行星大气中前生物分子的产生率。但探测恒星 80 ppm 的暗化是一项艰巨的任务,威廉和他的团队花了数年时间才让科学界相信这是一种寻找系外行星的可行方法。由此产生的开普勒任务的巨大成功充分证明了他的努力是值得的。
一个世纪前,量子力学诞生时,狄拉克声称发现了化学的基本原理,即原子和分子水平上的材料科学——但他也承认,要将其全面应用,需要开发有效的计算技术。接下来的十年记录了信息科学的诞生(冯·诺依曼和维格纳是这两门科学的创始人之一):化学的发展和应用变得至关重要,如今已经成熟:量子化学解释和预测了在行星大气和星际介质的稀薄环境中发生的各种新现象,包括与热和非平衡等离子体相关的现象;新兴任务被强加给生物化学家,这对生命和健康科学来说是必需的工具;固体导体和半导体的电磁特性在光电应用方面的研究十分活跃;当前的圣杯是支持量子计算开发的化学硬件,微观、中观和宏观尺度的物理化学模型可以让人们积累大量数据——它们只能通过化学信息学方法来处理,以审查材料或分子的性质;既利用强大的机器学习方法获取原本无法获得的信息,又通过人工智能方法揭示行为的隐藏相关性和普遍性,而这些在当前复杂性理论的非线性方程中是模糊的。
NSRP 是一个亚轨道太空飞行计划,主要支持 NASA 赞助的太空和地球科学研究活动、其他政府机构以及国际探空火箭团体和科学家。自 1959 年成立以来,已执行了约 3,000 次任务,过去二十年中总体科学任务成功率超过 90%,运载火箭成功率超过 97%。该计划是一项低成本、快速响应的计划,每年为科学和技术演示调查提供大约 20 次飞行机会。科学调查涉及高层大气、等离子体物理、太阳物理、行星大气、银河天文学、高能天体物理学和微重力研究。这些火箭从世界各地的各种发射场发射。20 世纪 80 年代中期,NSRP 被整合到戈达德太空飞行中心的瓦洛普斯飞行设施。该计划在平均有效载荷大小、重量、复杂性和范围方面持续增长。 NSRP 飞行系统是极为先进的航天器,能够将 1,000 磅的有效载荷发射到 280 公里,将 250 磅的有效载荷发射到 1,500 公里远地点。NSRP 客户主要由大学和政府研究团体组成;不过,一些研究活动涉及商业部门。该计划为亚轨道太空领域贡献了重要的科学发现和研究论文
本卷是第十五份年度报告,描述了联合地球系统技术中心 (JCET) 的科学成就和现状。该中心成立于 1995 年,旨在促进马里兰大学巴尔的摩分校 (UMBC) 和美国宇航局戈达德太空飞行中心 (GSFC) 的科学家在开发环境遥感新技术的共同兴趣领域开展密切合作。该中心的目标是开展多学科研究,研究从地面站、飞机和太空平台观测地球和行星大气、固体地球和行星以及水圈的先进概念。这项研究将继续加深对全球过程的理解,提高预测全球环境变化的能力。该中心是提高大学合作研究和教学效率的一种手段,并为培训相关地球科学和技术领域研究人员提供了场所。美国国家航空航天局地球科学部参与了 JCET 的建立、资助和合作。在 UMBC,JCET 由研究副总裁办公室管理。JCET 人员目前与大学物理系、地理与环境系统系、化学系、数学与统计学系以及计算机科学与电气工程系有联系。JCET 的行政办公室位于 UMBC 的 BWTech 研究园区的第二栋大楼内,其中还包括一些教职员工的空间和一间会议室。JCET 还在 UMBC 校园的物理和学术 IV-A 大楼内设有办事处。
虽然小海王星样行星是最丰富的系外行星之一,但我们对它们大气结构和动态的理解仍然很少。尤其是,关于潮湿对流在这些大气中的工作方式,在这些气氛中,可凝度的物种比不可固定的背景气体重。虽然已经预测,潮湿对流可能会停止以上这些可凝结物种的阈值丰度,但该预测基于简单的线性分析,并依赖于关于大气饱和的一些有力的假设。为了调查这个问题,我们开发了一个3D云分辨模型,用于具有大量可冷凝物种的氢气大气,并将其应用于原型的温带Neptune样星球 - K2-18 b。我们的模型证实了在可凝结蒸气的临界丰度之上抑制湿对流的抑制作用,以及在此类行星大气中稳定分层层的发作,这导致了更热的深层气氛和内部。我们的3D模拟进一步提供了该稳定层中湍流混合的定量估计,这是大气中浓缩物循环的关键驱动力。这使我们能够构建一个非常简单但逼真的1D模型,该模型捕获了Neptune类气氛结构的最显着特征。我们关于氢气中潮湿对流行为的定性发现超出了温带行星,还应适用于铁和硅酸盐在氢压行星深内部的凝聚的区域。我们发现地球需要具有很高的反照率(a>0。5--0。最后,我们使用模型研究了K2-18 b上H 2域大气下的液体海洋的可能性。6)维持液态海洋。但是,由于恒星的光谱类型,提供如此高的反照率所需的气溶胶散射量与最新的观测数据不一致。
1 JET推进实验室,美国2巴黎观测站,法国勒马3辐射仪物理学GmbH,德国,星际培养基和行星大气都富含具有光谱旋转和振动签名的分子物种,这些分子在1-10 Thz频率范围内。在2.06 THz(145.525 um)处的原子氧(OI)发射是地面热层中两条最亮的发射线之一,已经从气球中观察到,声音发声和轨道平台[1]。Schottky二极管前端接收器已被证明2.5 THz [2],具有二氧化碳甲醇气体激光振荡振荡器源。这使得可以在Cubesat或类似微型平台上部署的A2-THZ所有固态前端杂种接收器的开发。首先,我们将介绍2THZ前端接收器的初步开发,其第一电路迭代具有与以前的研究相似的平衡亚谐波混合器,以及Noise温度测量系统。其次,我们将讨论第二次迭代的进一步电路开发,包括一种新型的偏见亚谐波混合器。此混合器提供了一对反行的二极管,有利于在可用的功率和线路损失之间更好地折衷,并在[4]中部分解决。参考文献[1] K. U. Grossmann,M。Kaufmann和E. Gerstner,对下热层原子氧的全球测量,地球。res。Lett。,卷。 27,编号 9,1387-1390,2000。Lett。,卷。27,编号9,1387-1390,2000。[2] P. Siegel,R。Smith,M。Gaidis和S. Martin,“ 2.5-Thz Gaas Monolithic Membrane-Diode Mixer”,IEEE Trans。微量。理论技术,第1卷。47,否。5,pp。596–604,1999年5月。[3] E. Schlecht,Siles,J.V.,Lee,C.,Lin,R.,Thomas,B.,Chattopadhyay,G.,Mehdi,I。“ Schottky Diode基于基于室温的1.2 THz接收器,在室温下运行,在室内及下面,用于行星的大气音响” IEEEE EEEE EEEE EEE EEE TRANS。Terahertz Sci。Tech,第4卷,第4号6,2014年11月。[4] Jeanne Treuttel,B。Thomas,A。Maestrini,J.V.-Siles,C。Lee,I。Mehdi,“一款具有独立有偏见的Schottky Diodes的330 GHz Sub-Harmonic混合器”,国际太空Terahertz Technology在Terahertz Technology上,Terahertz Technology,Terahertz Technology,2012年4月,2012年4月,日本东京,日本。