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面向天问三号大气沙尘耦合同化

火星大气,资料同化,火星沙尘,气溶胶光学厚度

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.29 行星大气

火星沙尘的准确预报对着陆任务的安全实施至关重要。本文基于中国自主研发的火星全球开放大气模式（GoMars）构建了一套面向沙尘环境预报系统。该系统的核心在于应用一种物理一致的nudging同化方案：通过同化观测柱沙尘光学厚度（CDOD），首先更新模式预报的沙尘质量浓度和数浓度，随后由完全耦合的沙尘—辐射—动力过程驱动大气状态的协同优化。与“洞察”号火星着陆器地面气压观测的对比表明，即使在不依赖再分析初始场的冷启动条件下，该系统仍能够将沙尘辐射强迫有效传播为合理的大气响应。在13个火星年（MY25–37）的长期检验中，模式所得温度、纬向风和CDOD分析场与再分析资料OpenMARS保持了较高一致性。20个火星日回报预报结果显示，系统具有稳定的预报能力，在天问三号备选着陆区的CDOD平均均方根误差达到0.032，且通过前期同化可进一步提升预报效果。与此同时，系统较好再现了毅力号火星车观测到的地表温度日变化位相，表明其具备预报着陆安全所需近地面环境变化的能力。本文验证了一种以沙尘约束为核心的火星环境预报范式，表明直接约束主导强迫因子能够实现对火星环境的有效预测。该系统可为天问三号任务提供可靠的环境预报支撑，并有望随着未来轨道沙尘监测时空覆盖能力的提升而进一步增强。