火星大气数值模拟研究

为了加深对火星全球三维风场结构及其随时间的演化和火星尘暴发展演变规律的认识，加深对火星大尺度、中尺度过程及两者之间关系的认识，推动国内行星大气数值模拟研究，进一步为我国未来火星探测提供火星大气技术保障和预测预报服务奠定基础。本研究将基于可移植行星大气环流模式（PGCM）和行星天气研究和预报模式（PlanetWRF），从以下两个方面着手来研究火星大气。一方面，基于PGCM开发火星版本的大气环流模式，研究火星大尺度环流特点，并给出火星三维风场结构、日变化、季节变化、年际变化、全球环流的强度及其随季节的变化规律。另一方面，基于PlanetWRF模式研究火星大气中尺度过程及其与大尺度过程之间的关系。研究尘旋风或区域性尘暴在什么条件下可以发展为全球性尘暴。进而研究全球性尘暴发生、发展、消亡的根本原因。

为了加深对火星大气环流结构、演变和火星尘暴对火星大气环流影响的认识，本项目基于可移植行星大气环流模式（PGCM）和国外模式模拟结果，从以下两个方面着手研究了火星大气。一方面，基于PGCM 开发火星版本的大气环流模式，研究火星大气环流特点。另一方面，对全球性尘暴背景下的火星大气环流进行了资料分析和模拟对比研究。结果表明，PGCM的火星版本可以模拟出火星大气环流的基本特征（例如经圈环流、温度场、风场等）。资料分析及模式对比表明，火星全球性尘暴会对火星大气环流产生较大影响。例如，与洁净大气条件下相比，火星尘暴条件下垂直环流圈位置和强度会发生变化；全球温度更高；中高纬度西风增大；北半球南风增大，南半球则为南风减弱。PGCM火星版本及各家模式在经圈环流、要素场的模拟结果方面在个别纬度和个别高度均存在一定的差异。另外，在调整模式期间，我们做了地转参数对地球大气影响的模拟实验。结果表明，无论是从年平均气候态还是季节平均气候态来看，地转参数的变化均可以对地球大气环流产生显著影响。地转参数的变化可以使其经圈环流和要素场发生显著的变化。对于季风而言，地转参数的变化可以影响三维季风系统的强度、范围和分布。同时，本项目给出了行星强对流比较学方面存在的科学问题。项目成果共7项。具体为，完成图书章节1篇，待出版图书1部，EI文章2篇，核心期刊文章1篇，国际会议摘要2篇。