中国成功研发新一代火星大气环流模式

被视为人类星际移民首选的火星，其巨型沙尘暴等大气环境研究一直备受关注。

本次研究在GoMars的50年模拟中爆发的11次全球性沙尘暴，以及沙尘循环相关机制的示意图。（图/中新社）

中国科学院大气物理研究所（大气所）12月1日透露，该所科研团队自主研发出新一代火星大气环流模式（GoMars），基于该模式，近日成功实施首次全面模拟火星沙尘循环，科学解密了火星沙尘行为，并通过有效评估GoMars的模拟性能，为未来实现可靠的火星天气预报与气候预测奠定关键基础。

这项火星大气模式研发及模拟研究的重要进展，由中国科学院大气所研究员王斌、正高级工程师董理、博士研究生刘帅等与合作者完成，相关成果论文在最新一期专业学术期刊《大气科学进展》发表。

科研团队介绍说，广义上看，火星的沙尘循环系统涵盖所有与沙尘相关的过程与机制，包含各种尺度的沙尘暴。这一系统在塑造火星日常天气的同时，更在其长期气候演化中扮演着核心角色。其中，火星上随机爆发的全球性沙尘暴，是典型的极端天气事件，也是引发火星气候出现显著年际变率的主要驱动力。

尽管火星是人类迄今观测数据最丰富的地外行星，但现有数据在时间连续性、空间覆盖度和时空分辨率方面仍存在明显局限。因此，要看清火星沙尘循环的全貌，大气数值模式显得尤为重要，它基于火星大气物理理论构建数学模型，依托超级计算机求解复杂的控制方程组，从而实现对火星气候系统的全面模拟与预测。

随着“天问”系列任务的实施与筹备，中国火星探测已迈入全新阶段，对火星大气环境尤其是对沙尘循环的认知需求日益迫切。为填补中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应运而生。

在本项研究中，科研团队基于中国研发的新一代火星大气环流模式，对火星沙尘循环开展系统性模拟研究，重点展示沙尘循环的多时间尺度变率，并成功模拟出其中最具挑战的、也是火星大气模拟公认难点之一的年际变率。

通过完成长达50个火星年（1个火星年约合2个地球年）的沙尘循环模拟，GoMars系统探究其多时间尺度变率特征。对于火星沙尘循环的模拟，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。

研究发现，GoMars能自然模拟出火星全球性沙尘暴事件，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，包括火星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。

科研团队透露，在成功研发GoMars和全面模拟火星沙尘循环的基础上，他们计划深入探究目前尚不明确的火星沙尘循环年际变率机制，并将集成火星水循环过程，研究其与沙尘循环的相互作用，还将构建先进的数据同化系统，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。

编辑：赵柄楠