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基于 MRO 观测的火星重力波及其伴随起沙条件分析

火星大气,地形重力波,沙尘活动

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.29 行星大气

火星大气中的重力波活动在能量输运及云结构形成中等具有重要作用，并可能与局地沙尘活动相关。然而，受观测手段限制，现有研究通常难以同时获取重力波的水平与垂直参数，从而限制了对重力波活动及局地背景大气状态的进一步认识。

本研究基于搭载在火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter，MRO）上的火星彩色成像仪（Mars Color Imager，MARCI）和火星气候探测器（Mars Climate Sounder，MCS）的温度廓线的同时观测，提取重力波的水平与垂直波长，并计算对应的大气浮力频率和背景风。通过 MARCI 的蓝色通道（420 nm）图像识别在重力波作用下形成的水冰云并估算其水平波长，联合同时段的 MCS 的温度廓线，用多项式拟合的方法去除背景温度场，从而获得垂直波长及浮力频率，在 Lee-wave 驻波假设下，进一步估算背景平均风速，实现对局地背景大气状态的定量分析。

对火星北半球中高纬度三个区域的冬季统计结果表明，重力波活动与小尺度沙尘活动在时空上具有一致性。在约 10 km高度处，当浮力频率处于 0.75–1.25×10^-4 s⁻²且背景风速较大（约 15–25 m/s）时，更有利于扬沙发生，而在稳定度较强的条件下，起沙现象较少出现。不同区域之间存在一定差异，可能与地形及地表性质有关。

本研究表明，联合重力波水平与垂直观测信息可有效表征火星局地大气状态，为理解小尺度沙尘活动的发生条件及改进数值模式中起沙过程提供了新的观测依据。