快速自转行星的巨大风暴如何形成，大气热量如何重新分配？

项目概览

南安普顿大学这项博士课题研究快速自转巨行星上的巨大风暴、强烈急流及热量重新分配。博士生将使用三维行星气候模拟，分析云、湍流与大气环流怎样共同塑造木星及类木行星的天气，并通过与观测的定量比较检验物理机制。

导师为 Joao Manuel Mendonca 博士，研究团队是新近成立并正在发展的 Planetary Climate Physics group。申请面向2027/28学年，截止日期为2027年3月31日；奖学金为竞争分配，国际学生的支持需按具体条件落实。

项目详情

木星大气为何能产生并长期维持强烈急流和巨大风暴，仍是行星科学中的重要问题。本课题希望超越仅在模拟中重现天气外观的目标，借助观测数据，定量检验形成这些结构的物理机制。由此获得的认识不仅针对木星，也用于理解不同条件下巨行星气候的多样性。

研究将使用 OASIS 行星气候计算模型，考察云过程、湍流和大气环流在木星与类木行星上的相互作用。博士生需要运行高分辨率三维模拟，研究湍流运动如何组织成大尺度天气结构。工作包含模型计算、物理解释和与观测比较，而不是单纯制作行星天气可视化。

项目列出的具体问题包括：云物理对风暴发展有什么贡献；哪些机制控制氨在全球大气中的分布；巨行星从恒星获得更多能量后，其大气环流如何改变。研究还会评估提高空间分辨率怎样影响模拟中的湍流，以及模拟结果与观测的一致性。这些比较分别关注云微物理影响、物质分布、外部能量条件和数值分辨率，不能简单合并成一个泛化的气候建模任务。

预期成果包括改进巨行星大气模拟，更有力地检验驱动木星天气的机制，以及明确这些机制在不同行星条件下怎样发挥作用。研究也将检验气候模型是否能准确描述地球之外的大气物理，而不是假定地球模型可以直接适用于所有行星。

项目提供高性能计算设施、国际合作，以及访问海外合作研究组的机会。培养内容包括大气动力学、数值建模、科学计算和数据分析。相关资源支持以计算为主的研究路线；项目介绍未给出已保证的算力配额、海外访问时长或具体合作单位，需要与导师确认。

学校物理与天文研究环境重视平等、多样性与包容，具有 Athena SWAN 认可，欢迎不同性别、族裔、残障情况、性取向或年龄的申请者，也会考虑弹性安排及有职业中断经历的候选人。学校介绍提及产假政策、校内托育、健康与工作生活平衡支持，并获 Platinum EcoAward；这些一般信息不等同于个人博士资助合同承诺。

申请要点

• 学历要求：英国2:1荣誉学位或国际同等学历。项目介绍没有列出统一必修专业、英语分数或某一种编程语言要求，不宜自行增加门槛。

• 申请路径：选择 Research、2027/28、Faculty of Engineering and Physical Sciences；选择全日制或非全日制；搜索 PhD Physics（7089）；在申请第2部分填写导师姓名。

• 材料包括 CV、两封学术推荐信、截至申请时的成绩单和学位证书，以及适用的英语语言证明。项目介绍未要求另附研究计划。

• 资助包括面向英国及国际学生的多种竞争机会。符合条件者的 Horizon Europe fee waiver 可覆盖海外与本土学费差额；Presidential Bursary 为优秀申请者提供竞争性差额支持；学院 studentship 通常覆盖英国本土标准学费及生活津贴。三类支持的条件及作用不同，不能合并理解为所有国际生自动获得全奖。

• 资助滚动分配，应尽早申请争取考虑机会；截止日期为2027年3月31日（星期三）。允许非全日制入学不等于已确认非全日制资助。

• 项目讨论联系 j.mendonca@soton.ac.uk；一般申请问题联系 doctoralcollege-admissions@soton.ac.uk。

项目的学校中央页面截至2026年10月22日仍列竞争资助及2027年3月31日截止。此前天文组同名课题明确面向外部资助学生，组内2027评审从1月6日开始；10月22日该页暂限制校外访问，须向招生复核。校级Southampton–CSC路线由学校承担全部学费、CSC承担生活费，校方截止为2026年12月31日英国时间16:00，但本课题能否获院系提名、金额与期限均未确认，不能视为预留全奖。

需要进一步确认

需核实中国申请者可竞争的实际资助组合、海外学费差额、津贴金额与年限、预计开学日期及英语标准。研究上应确认 OASIS 的起始配置、主要观测资料、算力与数据存储安排、导师日常支持，以及海外合作访问的经费和可行时间。

PhD 项目深度调研报告：快速自转行星的巨型风暴与热量再分配

快速判断

这是一项数值大气物理研究：木星为何形成喷流与巨型风暴，云和氨如何参与大气环流，更强的恒星辐照又会怎样改变这些过程。导师参与 OASIS/THOR 开发，近期论文直接涉及输运、环流和模型验证，是本课题的具体优势。适合希望深入流体力学、数值物理与科学计算的申请者。综合判断：有潜力，但存在影响申请决策的重要不确定性。

截至 2026 年 10 月 22 日，学校中央项目页仍开放，截止日为 2027 年 3 月 31 日；此前10月21日读取的天文组同名课题明确写明面向 获得外部资金的学生，2027 年整体申请评审从 1 月 6 日 开始。面向中国公民的 Southampton–CSC 当前通道更早，于 2026 年 12 月 31 日英国时间下午 4 点截止。10月22日天文组页面跳转至校外访问限制提示，组内具体条款须再向招生确认。这些信息均不能证明该课题已有预留奖学金。应先确认院系提名和学费、生活费的完整组合，再判断实际申请时间。学校中央项目页、天文组 2027 年招生。

研究问题与博士工作

从模拟图像走向物理机制

博士生将使用三维行星气候模型 OASIS，研究木星及类木行星上云过程、湍流和大气环流之间的相互作用。具体工作包括开展高分辨率模拟，将物理机制与定量观测比较，考察云如何参与风暴形成、氨的全球分布、更强恒星辐照的影响，以及提高空间分辨率如何改变湍流结构和模拟与观测的一致程度。

这些任务相互关联。云和可凝结组分既影响能量收支，也可反映物质输运，但模拟出相似的条带图像，并不代表环流机制正确。数值扩散、未解析过程以及诊断量的选择，都可能改变物理解读。合理的博士成果是经过验证的数值实验、具有物理意义的诊断方法，以及对若干关键机制更有力的约束；并非完整预测木星每一次风暴。

团队平台将 THOR 定义为 OASIS 的可压缩、非静力动力核心，并与辐射、化学等过程耦合。因此，THOR 是 OASIS 的组成部分，两者不能在所有论文的模型配置中互换使用。平台提到 GPU-aware MPI，同时仍注明 HPC 开源工作流即将推出。申请者应确认入组可用的代码版本、访问权限、文档与维护支持。OASIS 平台。

基于现有证据，一个可讨论的方向是区分云物理变化与网格分辨率、输运方案、诊断选择造成的敏感性；另一个方向是将氨的预测值与可观测量及其不确定度比较，而不只比较图像。NASA 的 2024 年 Juno MWR 氨分布数据集提供随气压变化的氨丰度及 1σ 不确定度，可作为潜在比较资料。但尚未确认这是该课题指定的数据集，也没有证据保证未来任务的数据权限。NASA PDS 数据记录。

上述方向是根据现有证据提出的研究建议，并非项目新增的工作承诺。初始云方案、模拟深度、边界假设、具体观测产品与成功标准尚未公布。导师的方法成果涉及机器学习，但项目介绍未将其列为申请要求，也未保证巨型风暴课题一定包含机器学习任务。

学校、学科与培养

授予学位的机构为 University of Southampton，注册路径是 Faculty of Engineering and Physical Sciences 下 School of Physics and Astronomy 的 PhD Physics（7089）。学生将加入新建且正在发展的 Planetary Climate Physics group。天文组对应 2027 年 9 月入学批次，并将本课题时长列为 3.5/4 年。学校正式修读年限为全日制 2–4 年、非全日制 3–7 年；这些都不等于个人的资助期限。也不能将其自动视为另一个四年制 Quantum Technology Engineering CDT。

培养内容包括项目涉及的大气动力学、数值建模、科学计算和数据分析，以及学院的讲座、研讨会和短期课程。海外合作访问属于可能获得的机会，具体合作方、时长与经费尚待确认。学校介绍中的天文台或实验室资源，也不等于木星模拟博士已安排的访问。Physics 博士课程与培养。

南安普顿大学在 QS World University Rankings 2027 并列第 111 位，这是综合排名。学院在讨论 REF 2021 时称其物理与天文学研究产出处于 Russell Group 前五；这既不是全球学科排名，也不能用来评价新建行星气候组。未核实到当前精确细分方向的排名。判断本课题时，导师的直接相关论文更有参考价值。QS 学校资料。

导师与研究条件

近期活动与指导条件

Dr João Manuel Mendonça 为 Associate Professor，接受博士申请，2013 年在 Oxford 获得博士学位。官方资料列出正在开展的 Horizon Europe Foundation 与 SoSAD 项目，以及行星大气论文。它们能够证明研究活动，但不能证明此次博士经费已经落实。课题只明确列出一名主导师；第二导师、日常代码支持、会面频率、组内人员和毕业去向均未核实。导师官方资料。

Exeter 在 2025 年 11 月 19 日的 GAFD 研讨会记录了其 OASIS 与通用气候建模研究，提供了独立的近期活动证据。论文合作涉及 Caltech、DTU 等机构，但合著关系不等于博士生获得访问安排。其早期 DTU 工作和多机构成果，也不能全部算作新建 Southampton 实验室的产出。Exeter 研讨会。

四项近期相关成果及其边界

• Mendonça、Schneider、Liu、Lian，Icarus 443，116766（2026 年卷期，2025 年 8 月 6 日在线发表）：“Reconciling Jupiter's vertical motions with the observed cloud structure in the upper troposphere”。论文讨论云分布与角动量通量为何导出看似相反的环流判断。将涡动相关的 Stokes 漂移纳入变换欧拉平均框架后，能更合理地描述示踪物输运并协调两种解释。这直接关系到氨和云分布的解读。但尺度分析与上层大气模拟说明的是机制可行性，并非完整验证云微物理，更未解释所有风暴的起源。论文正式文本。
• Akın、Heng、Mendonça、Deitrick、Gkouvelis，A&A 699，A74（2025）：“Global flow regimes of hot Jupiters”。THOR 对 8 颗、约 1100–2400 K 行星的模拟，将更强辐照与较弱的热量再分配、小尺度模态减弱及环流趋向昼夜侧流动联系起来。这些高温、通常潮汐锁定的行星与快速自转的木星不同；理想化分子量实验也不能让结论适用于所有成分。其价值在于外部强迫与波动分析经验，并非直接可用的木星预测。作者全文。
• Mendonça，A&A 659，A43（2022）：“Mass transport in a moist planetary climate model”。论文改进质量与示踪物输运的一致性，并在类地行星和潮汐锁定海洋行星上测试耦合湿气候模型。它为判断云、氨结构究竟来自物理过程还是数值效应提供基础；这些测试并不能验证完整的木星云微物理。对应发表版本的作者文本。
• Tahseen、Mendonça、Yip、Waldmann，MNRAS 535(3)，2210–2227（2024）：“Enhancing 3D planetary atmosphere simulations with a surrogate radiative transfer model”。循环神经网络辐射替代模型在匹配的类金星测试条件下，报告了 99% 以上准确率及整个 GPU 模拟 147 倍加速。这一指标不是普遍的物理准确率，加速幅度也不能直接套用到木星，更不意味着本课题必做机器学习。它反映的是计算成本与经过验证的近似之间的取舍。作者全文。

上述均为导师实际署名且相关的论文，不是用同院系无关成果代替。调研已阅读完整一手文本，并结合导师成果记录与发表元数据核实期刊状态，区分在线发表年份和卷期年份。

计算资源

学校 Iridis 提供 CPU/GPU 计算及用户、软件工程支持。Iridis 6 公布的总规模超过 26,000 个 CPU 核心，博士研究者可以申请使用。但这不代表本课题独占这些核心、获得队列优先级或已落实存储配额。部分 Iridis 7 扩展计划在 2026 年第四季度/2027 年第一季度推进。应确认实际可用硬件、模型兼容性、配额、存储与可复现安排，不能把未来容量计作已分配资源。Iridis 设施。

资助、申请与生活成本

具体课题与学校奖学金须分开判断

学校中央项目页的 Competition funded 标签及通用学院学费、津贴说明，需要与天文组对此同名课题的外部资金要求一起阅读。天文组一般会考虑符合条件的国际申请者参与内部奖学金竞争，但未核实到本课题预留全额奖学金或具体内部资助。国内申请者需落实同时覆盖学费和生活费的资助方案。

当前 Southampton–China Scholarship Council 合作项目是可验证的校级路线：学校承担全额学费，CSC 承担生活费；页面也列有旅行与相关补助，但没有金额。截止为 2026 年 12 月 31 日英国时间下午 4 点。资格包括中国国籍、18 岁以上、获得 Southampton 博士录取、当前学业平均分 75%–80% 或以上、符合英语要求，并满足以下情形之一：

• 在中国领先高校就读本科或硕士，包括页面列出的院校类别或学科优势类别。
• 在中国境外攻读硕士；或在境外完成硕士后 12 个月以内、尚未返回中国。
• 在境外攻读博士一年级，CSC 资助从第二年开始。
• 已完成本科、目前在中国工作。

已有博士学位者不能申请。院系选拔、提名及学费减免函在先，CSC 生活费资助需另行申请。页面给出的流程为 2 月下旬前完成选拔、3 月申请 CSC、6 月出结果。本课题是否可获得提名、资助年限和每月生活费均尚未确认。 当前 CSC 合作条款。

Presidential bursary 包含中国申请者，但只补足英国与国际学费差额，不承担英国基础学费或生活津贴。条件包括相当于英国一等学位的本科成绩、接受录取，主体条款的入学窗口为 2027 年 8 月 1 日至 2028 年 1 月 31 日。分配按课程申请顺序，由院系申请，无须另填该奖学金申请。下方操作说明却从 2026 年起算，须确认日期冲突、剩余名额和期限。Presidential 条款。

Horizon Europe waiver 最长补足 3.5 年学费差额，要求接受录取，入学窗口同为 2027–2028 年，但申请者须永久居住在指定国家。中国不在名单内；三年居住要求还排除仅为留学而在境外停留的时间，因此，通常居住在国内的申请者不能自动使用该资助渠道。不同奖项能否组合，也需单独确认。Horizon 条款。

学费与生活费参照

公布的 2026/27 学年全日制 Physics 学费为国际学生 £27,300、英国学生 £5,238。若只获英国标准学费支持，差额为 £22,062。UKRI 2026/27 最低生活津贴为 £21,805，仅是符合条件 UKRI 奖学金的参照，不等于 CSC 月生活费或本课题承诺。2027/28 金额和论文收尾期支持未确认，Physics 路线也没有已核实的 ORC 额外津贴。UKRI 标准。

学校当前生活费分类相加，每周约为私人租房 £327、学校管理宿舍 £319–400；宿舍总额已剔除房费中包含的水电、Wi-Fi、Unilink 和洗衣费用，避免重复计算。按 52 周折算，分别为 £17,004、£16,588–20,800。只有在确实获得 £21,805 津贴且学费另付时，算术差额才分别为 £4,801、£1,005–5,217。这不是预计储蓄，也不能用来判断金额未知的 CSC 生活费是否足够。签证、移民医疗附加费、机票、搬迁、押金与通胀还需额外预算；这些是当前参考成本，并非 2027 年住宿报价。学校生活费指南。

背景匹配与职业判断

项目明确要求 英国 2:1 或国际同等学历。Physics 课程要求相关资格，并列举物理 MSc/MPhys 等背景；英语标准为 IELTS 总分 6.0、单项 5.5，证明须在两年有效期内。项目没有规定必须掌握某种编程语言或已有机器学习经历。流体力学、数值方法、科学编程、不确定度分析和 HPC 是根据研究任务推导的准备方向，不是新增的正式录取条件。

学校中国资格指南通常要求 2:1 本科、达到 merit 水平的硕士和较强研究计划；但天文组要求研究陈述，明确不需要单独研究计划。应让招生办公室针对个人背景确认学历和材料要求，不能直接把授课型硕士的百分制分档当作博士门槛。中国资格指南。

可迁移方向包括大气建模、科研软件和科学数据分析。一则已于 2025 年 10 月 12 日截止的 Met Office AI-for-Climate 软件岗位，要求物理或计算方向的研究经历、较强代码能力、模型评估、质量保证及沟通能力。它只能作为历史技能需求证据，不能视为当前空缺，且涉及英国工作、居住和安全条件。该岗位中的机器学习技能不等于本博士的入学要求。历史岗位。

英国航天产业报告于 2025 年 8 月 20 日更新，使用 2022/23 年数据，估计约有 55,550 个全职当量岗位、1,907 家机构。大量就业来自应用与广播，不能把总数当作行星气候科学家的需求。RAS 介绍的学术路径包括固定期限博士后，永久职位较少；其中过时的薪酬例子不用于本报告。未核实到本课题毕业生的具体去向。英国航天产业数据、RAS 职业结构。

下一步与待确认问题

申请前

1. 先联系 j.mendonca@soton.ac.uk，确认这个具体课题能否获得院系 CSC 提名、是否确有内部奖学金，以及可落实的学费与生活费组合。CSC 的 2026 年 12 月 31 日英国时间下午 4 点截止，早于天文组 2027 年 1 月 6 日评审和中央页 3 月 31 日截止，不能等到最后一个日期再启动。
2. 向 doctoralcollege-admissions@soton.ac.uk 核实中国学历、英语与研究陈述要求。CSC 问题可发至 international-scholarships@soton.ac.uk；天文招生联系人 s.raimundo@soton.ac.uk 可确认提前评审安排。
3. 使用 Research → 2027/28 → Faculty of Engineering and Physical Sciences → full/part time → PhD Physics（7089） 路径，在第 2 节填写 Mendonça；天文组要求研究主题填写 Astrophysics。准备 CV、学位证书与成绩单、两名学术推荐人及其机构邮箱、研究陈述，以及适用的英语证明，并注明计划申请的外部资金。可非全日制注册，不等于奖学金允许非全日制。

面试时

讨论起步使用的云方案和行星配置、观测比较对象与不确定度、数值收敛检验、模拟范围与深度、代码权限及备选论文目标；同时确认第二导师、日常模型支持、HPC/存储配额和访问经费。

接受录取前

取得全额学费、生活费、期限、收尾期、科研差旅及奖学金义务的书面说明，核对是否覆盖拟定的 3.5/4 年研究计划。研究基础可信，最终决定仍取决于本课题能否获得提名和完整资金。

证据与来源

项目、学校与资源

• 学校中央项目页
• 天文组 2027 年项目与资助状态
• Physics 课程、学费、英语及年限
• QS 学校资料
• OASIS 平台
• Iridis 计算设施
• NASA PDS 氨分布数据集

导师与论文

• Mendonça 官方资料
• Exeter 2025 年 11 月研讨会
• 木星垂直运动论文：2025 年在线、2026 年卷期
• 热木星流动状态，2025
• 湿气候模型质量输运，2022
• OASIS 辐射替代模型，2024

资助、资格、成本与职业

• Southampton–CSC 合作
• Presidential bursary
• Horizon Europe waiver
• UKRI 标准
• 学生生活费
• 中国学历资格指南
• 英国航天产业报告
• 作为技能证据的已截止 Met Office 岗位
• RAS 天文职业结构