Juno和Cassini计划数据的解读首先必须对相应流体静力学平衡结构进行高精度先验建模。我们发展出世界上第一个连续、全三维、无几何形状近似、无自转角速度限制的多方气体行星静力学平衡构型求解方法。

气态行星大气与内部没有明确的分界，因此大气带状环流结构可能是由深部热对流驱动而并非仅仅是接受太阳辐射差异所造成的浅层运动。气态行星大气环流的深部结构如果能够通过观测手段加以确定，将能帮助限制和明确一系列行星内部重要的流体动力学过程。这也因此成为Juno和Cassini探测计划的重要科学目标。我们在气态行星流体静力学平衡结构模型的基础上发展了大气深部环流对行星内部物质分布的扰动模型，可以用来反演环流的位置、尺度、对称性等重要参数。与其它模型相比，本扰动模型和静力学平衡结构模型相融洽，可以严格地在静力学平衡构型的基础上求解环流扰动问题，而不需要像其它方法对区域几何形状、环流存在空间、环流形态对称性等提出额外的非物理假设条件。该模型经历了数年的发展和改进，在木星静力学平衡结构模型的基础上计算了木星中性分子氢层中的贯穿环流对物质分布和外部引力场的扰动模型。针对木星的南北不对称环流产生的奇数阶带谐项系数，我们在近期提出了一整套理论上准确而严谨的观测反演算法(Kong et al.,MNRAS, 2017;Zhang et al., Annu. Rev. Earth Planet Sci. 2017)。而针对土星Cassini飞船即将产出的观测结果，在国际上率先构造了针对土星的分层结构理论预测模型，，将用来对Cassini飞船的数据进行解读（Kong et al. RAA 2017a、b, in press）。

气态行星强大的行星磁场起源于其内部金属氢氦层内的发电机过程。Juno和Cassini飞船为我们提供了间接探测木星和土星内部发电机动力学的机会，将第一次有望探测到行星金属氢区域典型速度约0.1-1m/s的对流所带来的引力场扰动，相应的信号可能仅相当于行星表面引力场强度的百万分之一。我们第一次发展出计算发电机对流运动对外部引力场扰动的模型，可以将木星与土星深部非旋转对称、泰勒化的对流元胞结构与空间引力场信号观测相联系。通过数据反演可以确定对流结构的典型流速、存在范围、经度方向波数谱，甚至可以回答是否存在难以直接探测的行星内部环向（Toroidal）磁场结构（Zhang et al. JFM 2017）。