我国未来在轨监测火星沙尘暴的设想和方案

<正>火星是地球的近邻,它的自转周期(约为24.6 h)及自转倾角(约为25°)都与地球的接近.火星公转周期为687 d,有稀薄的大气(主要成分为CO2),有四季交替的气候变化,表面温度(夏天)最高时可达20°C.火星两极被冰(干冰和水冰的混合物)所覆盖,并有着消融和冰冻的季节周期变化.火星表面布满河道、峡谷、沟壑、冲积平原等地貌特征.在太阳系行星系统中,火星的气候环境最为接近地球.研究表明,至少在30多亿年前,火星可能是一颗具有全球磁场、丰富液态水、     

基于真实地磁场的中低纬电离层电场理论模式

地磁场作为电离层电动力学过程的背景磁场, 对全球电离层发电机过程以及电离层电场、电流的分布有着决定性的影响. 在研究电离层电场经度结构等精细问题时, 以往模拟中经常采用的偶极场近似过于粗糙和理想化. 基于电离层发电机理论, 通过改进原有电离层电场模式, 在改良的APEX坐标系下发展了一个电离层发电机模式. 该模式较为灵活, 地磁场既可采用较为真实的国际地磁参考场(IGRF)也可采用理想的偶极场, 中性风场和电导率由经验模式的输出参数计算得出. 采用逐线法求解电势的偏微分方程得到中低纬电离层静电势、电场和电流的时空分布. 模式较好的再现了电离层电势、电场和赤道电集流的基本结构和形态, 可应用于中高层大气、电离层电动力学过程的相关研究.     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

电离层经度变化波数谱成分与高层大气潮汐模的相关性

电离层沿经度方向变化的3波(WN3)和4波(WN4)经度波数谱成分与高层大气中周日东向2波(DE2)和3波(DE3)潮汐模之间密切相关.利用由JPL全球电离层地图(GIM)数据计算出的总电子积分含量(TEC)的纬度积分ITEC,以及TIMED卫星搭载的TIDI仪器观测到的MLT(Mesopause and lower ...     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

火星沙尘暴监测方法

沙尘暴是火星表面-大气-空间构成的圈层耦合系统中一种重要的天气现象.火星沙尘暴具有显著的季节性,但对不同时空尺度和等级的沙尘暴的发生规律至今仍认识不清.沙尘暴会对火星表面探测器带来诸多影响,如降低太阳能电池板发电量、降低环境温度、扰动大气密度和风场、阻碍通信、污染仪器等,是火星表面探测任务面临的最大安全威胁之一.本文系统性地回顾了人类历史上对火星沙尘暴的监测方法及其数据反演方法,以期为我国构建完善的火星沙尘暴监测体系提供基本的方法支撑.为了更好地保障和服务我国未来火星采样返回任务和后续火星探测任务,我国应考虑尽早建立完善的火星沙尘暴监测体系,这一体系应包含的探测方法包括着陆器可见光相机监测、环绕器可见-红外多光谱相机监测和地基光学望远镜监测.通过这些不同平台、不同时空尺度的监测手段相互配合,既能有效保障我国的火星探测任务安全实施,也将极大促进我国的火星系统科学研究.