火星大气中准静止行星波的分析研究

摘要

本文中通过分析火星勘测轨道飞行器(MRO)上搭载的火星气候探测仪(MCS)2006～2013年（火星年28-31）的温度观测数据，研究了火星中高层大气的温度和沙尘含量的季节变化。分析研究的结果表明:火星大气中的温度存在着明显的季节变化，而且沙尘暴在火星大气中是一个普遍存在的全球现象。论文的主要工作是对火星大气中的纬向波数为s=1和2准静止行星波(QSPW)的季节变化和全球结构特点等进行了分析和研究。结果表明这两支准静止行星波具有明显的季节变化以及空间分布特征。准静止行星波主要出现在南北半球的中高纬度地区，秋冬季节明显增强，而春夏季节相对较弱。对s=1的准静止行星波的研究显示:在冬季南半球s=1的准静止行星波明显比冬季北半球波动的振幅要强，其中在南半球其振幅的极大值可以达到～12 K，而在北半球这种波动的最大振幅为～8 K。另外在垂直方向上，波动振幅的极大值主要位于100～10 Pa和10～1Pa的两个高度范围内。利用温度的数据，我们同时计算了位势高度，位势高度的极值位于温度振幅两个极大值区域的中间位置。此外对于s=2的准静止行星波的研究表明:s=2的准静止行星波的振幅明显比s=1的波振幅弱，其最大振幅约为6K。
　　另外我们还利用火星气候数据库(MCD) version5.0的模拟结果与卫星的观测结果进行了对比，结果表明模拟的结果与观测是一致的，但模拟中得到的准静止行星波在南半球冬季存在的时间较短，此外，s=2的准静止行星波的振幅在北半球比观测的结果要强很多。由此可见，火星气候数据库为研究火星大气气候学提供了重要的参考，但对火星大气动力学过程的模拟有待进一步的提高。此外我们还利用模式模拟了不同沙尘（多沙尘和少沙尘）条件下，s=1的准静止行星波的变化。模拟结果表明:在多沙尘环境中s=1准静止行星波的振幅比少沙尘环境中波的振幅要强，这为我们研究沙尘与准静止行星波的变化关系提供了依据，同时也有利于研究沙尘对火星气候的影响。我们的结果为火星大气模式的改进提供了观测依据。