GoMars火星沙尘循环揭秘：中国自主研发模式50年模拟突破

中国科学院大气物理研究所的科研团队近日宣布，成功研发出我国首个自主研制的火星大气环流模式GoMars（Global Open Planetary Atmospheric Model for Mars），相关研究成果已在国际学术期刊《大气科学进展》上发表。这一突破填补了我国在火星数值模拟领域的技术空白，为未来开展火星天气预报和气候预测研究奠定了坚实基础。

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火星作为地球在太阳系中的"姊妹行星"，其荒芜表面下可能隐藏着生命起源的重要线索，同时也承载着人类拓展生存疆域的愿景。然而，火星稀薄的大气层、强烈的太阳辐射以及频繁爆发的全球性沙尘暴，对探测设备乃至未来载人任务都构成严峻挑战。特别是全球性沙尘暴（Global Dust Storm，简称GDS），作为火星极端天气事件的典型代表，是引发火星气候年际变化的主要驱动因素。由于现有观测数据在时间连续性、空间覆盖度和分辨率方面存在局限，大气数值模型成为揭示火星沙尘循环全貌的关键工具。

随着"天问一号"任务的成功实施和"天问三号"采样返回任务的持续推进，中国火星探测进入新阶段，对火星气象环境特别是沙尘循环规律的认知需求日益迫切。GoMars模型应运而生，其基于火星大气物理理论构建数学框架，依托超级计算机求解复杂方程组，实现了对火星气候系统的全方位模拟。

研究团队通过在边界层中引入沙尘湍流混合过程，并结合作业区内起沙通量的合理参数设定，完成了长达50个火星年（约合100个地球年）的沙尘循环模拟。模拟结果系统展示了沙尘循环在多时间尺度上的变化特征，包括日循环、季节变化和年际波动。在非全球性沙尘暴年份中，沙尘的日变化和季节变化呈现显著规律性，模型模拟的"气候平均态"与火星气候分析数据集及"火星气候探测仪"观测资料高度吻合。GoMars模拟的近地表风应力起沙通量与国际先进模型MarsWRF的结果在季节变化和空间分布上呈现良好一致性。

在日循环尺度上，模拟显示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还成功再现了全球性沙尘暴事件的发生时间、影响范围及沙尘传输路径，并与特定火星年的实际观测数据高度契合。尤为重要的是，该模型模拟出显著的年际变化特征，包括全球性沙尘暴爆发间隔的不规则性以及沙尘与大气间的反馈机制。

目前，研究团队正计划引入更贴近实际观测的动态下垫面特征，以深入探究火星沙尘循环年际变化的内在机理。同时，团队将集成火星水循环过程，研究其与沙尘循环的相互作用，并构建先进的数据同化系统。最终目标是将GoMars发展为具备火星天气预报能力的业务系统，利用"天问三号"的实测数据实现实时预报，为人类火星探测任务提供关键支撑。