我国成功模拟火星沙尘循环为火星天气预报奠定基础(2)

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2025-12-02 10:41:58 央广网

随着“天问一号”任务的成功实施与“天问三号”采样返回任务的稳步筹备，中国火星探测已迈入全新阶段，对火星气象环境尤其是沙尘循环的认知需求日益迫切。为填补我国在火星数值模拟领域长期存在的自主模式空白，首个中国自主研发的火星大气环流模式GoMars应运而生。

本研究基于GoMars，通过在边界层中引入沙尘湍流混合过程，并结合对地表起沙通量的合理约束，完成了长达50个火星年的沙尘循环模拟，系统探究了其多时间尺度变率特征。GoMars完整模拟了沙尘在大气中的运动过程，包括尘卷风和风应力沙尘抬升、沙尘的平流和沉降等。

研究发现，GoMars在多个关键方面再现出沙尘循环的日循环、季节变化和年际变率特征。在非全球性沙尘暴年份中，沙尘的日变化与季节变化具有显著的重复性。模拟所得的“气候平均态”成功再现了沙尘在垂直-纬向方向上的季节性分布形态与强度，结果经火星气候分析数据集与“火星气候探测仪”观测资料的验证一致。在缺乏直接观测数据的情况下，研究进一步将GoMars模拟的近地表风应力起沙通量与国际上先进的MarsWRF等火星大气环流模式进行对比，结果显示二者在季节变化与空间分布上具有良好一致性。

在日循环尺度上，模拟的尘卷风起沙通量峰值出现在当地时间12:00至13:00之间，与“火星探路者”火星车的实测记录相符。GoMars能够自然模拟出全球性沙尘暴事件，再现其发生时间、位置及沙尘传输路径，并与特定火星年的实际观测吻合。此外，该模式还模拟出显著的年际变率，包括不规则的全球性沙尘暴爆发间隔以及合理的沙尘–大气间的相互反馈。

研究团队计划在现有基础上引入更贴近实际观测的动态下垫面特性，以深入探究目前尚不明确的火星沙尘循环年际变率机制；同时，将集成火星水循环过程，研究其与沙尘循环的相互作用。此外，团队还将为GoMars构建先进的数据同化系统。团队的最终目的是将GoMars构建为具备火星天气预报能力的系统，利用未来“天问三号”的实测数据，进行实时火星天气预报。

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(责任编辑：zx0176)

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