Simulation of the 2018 Global Dust Storm on Mars Using the NASA Ames Mars GCM: A Multi-Tracer Approach
全球沙尘暴是火星上最具破坏性的沙尘事件。它们是由多个局部和区域抬升事件的组合产生的，并由正的辐射动力反馈维持。最近的一次事件始于2018年6月，由轨道上和表面上的几个航天器监测，但关于其发生，膨胀和衰减的许多问题仍然存在。我们使用NASA艾姆斯火星全球气候模型对2018年全球沙尘暴进行了建模，以更好地了解风暴的演变以及大气环流和有限的地表尘埃库如何影响它。全球沙尘暴的特征是赤道地区的尘埃快速向东输送，随后抬升。我们强调的快速传输的灰尘之间的西半球和东半球水库，这可能会发挥重要作用，通过补充地面灰尘的风暴发展。Hadley环流和大气加热的日变化都随着沙尘的增加而增强。预计在风暴的成熟阶段会有大量的尘埃羽流，喷射的尘埃可达80公里。水冰云凝结层向高空迁移，导致高层大气水蒸气富集。在我们的模拟中，Hadley细胞的强度明显强于非尘埃条件。这种反馈对尘埃的辐射特性非常敏感，这取决于扬起的尘埃分布的有效尺寸。
2019-08-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
Global evolution of electric fields during planet encircling dust storms on Mars
Ludwig Maximilian University（路德维希-马克西米利安大学）；Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)（安达卢西亚天体物理研究所）
研究火星全球尘暴中电场的生成与演化，基于尘埃大小双模分布和电荷机制，揭示尘埃升腾与积累阶段的电场能量密度及放电特征，为未来任务提供电离层放电预测框架。
2026-05-13 astro-ph.EP
Eddy evolution during large dust storms
利用火星分析校正资料同化（MACDA）再分析产品和火星全球探测者火星每日全球地图的沙尘暴资料，研究了火星上大区域沙尘暴发展过程中涡旋动能的演变。根据涡旋周期的不同，MACDA中的瞬态涡旋被分解为不同的分量：$P\leq1$溶胶、$1<P\leq8$溶胶、$8<P\leq60$溶胶。本文主要集中在火星24年冬至前的“A”风暴，从北半球的锋面/冲洗沙尘暴的许多情节开始，并达到最大的全球平均不透明度后，在南半球的尘埃扩张。在这次风暴发展过程中，以涡动动能为主的涡动由北部中高纬的$1<P\leq8$涡向南部中高纬的$P\leq1$涡（以热潮汐为主）发展，且$8<P\leq60$涡随全球平均沙尘不透明度的增加而出现一个显著的峰值。在40 $^\circ$ N $-$ 60 $^\circ$ N范围内，$1<P\leq8$溶胶涡旋的峰值与结构性锋面/冲刷沙尘暴的平均面积有最好的相关性。$1<P\leq8$溶胶涡流增加最多的区域对应于主冲洗通道。在火星24年冬至前后，$P\leq1$涡旋的涡动动能随全球平均尘埃不透明度的增加而增加，其中以$P$ = 1及其谐波为主。$8<P\leq60$溶胶涡旋在大的区域性沙尘暴期间短暂地达到峰值，但如果沙尘暴序列没有导致大的沙尘暴，则仍然很弱。涡动动能的纬向波数分析表明，$1<P\leq8$涡的峰值往往是由纬向波数1到3的组合产生的，而$P\leq1$涡和$8…
2019-12-02 astro-ph.EP physics.ao-ph
Mars Express measurements of surface albedo changes over 2004 - 2010
无处不在的火星尘埃不断地在火星表面和大气层之间传输。当在地表时，灰尘增加了较暗的底层岩石和风化层的覆盖度，这改变了气候能量平衡，必须量化。然而，由于尘埃本身在大气中被抬升，对地面电离辐射绝对值和电离辐射变化的远距离观测变得复杂。在这里，我们提出了一种方法来计算和映射的热辐射太阳半球的火星表面使用2004 - 2010年欧米茄成像光谱仪数据集。这种方法考虑到气溶胶辐射转移，表面光度学，和仪器的问题，如可见光和近红外探测器之间的注册差异。对于明亮表面，所产生的反射率平均比之前的估计高17%，而对于黑暗表面，则类似。我们观察到，由于孤立的事件，表面反射率的变化主要发生在风暴季节。主要的变化是在2007年全球沙尘暴期间和次年观察到的。探测到各种各样的变化时间，例如火星年沉积的灰尘，然后清理，只有在连续的全球沙尘暴期间才改变的区域，以及几十年来的常年变化。与以往的全球沙尘暴的相似之处和不同之处。虽然大多数变化都涉及一层光学上薄的明亮尘埃，但这种涂层足以掩盖潜在的矿物学近红外光谱特征。总的来说，变化是由明显不稳定的事件造成的;然而，在很长的时间尺度上，某些（但不是所有）地区出现了周期性演变。
2015-03-10 astro-ph.EP
Strong variability of Martian water ice clouds during dust storms revealed from ExoMars Trace Gas Orbiter/NOMAD
对火星上的水冰云和气溶胶的观测可以为了解水循环的复杂性提供重要的见解。最近的观测表明，尘埃活动与水循环之间存在着重要的联系，因为强烈的尘埃活动可以显著提高湿层顶，从而增加水在高层大气中分解后的逃逸。本文介绍了NOMAD/TGO的观测结果，研究了火星34年（2018-19年4月）近日点季节水冰云的变化，它们的昼夜和季节行为，以及水冰和尘埃的垂直结构和微物理特性。这些观测结果揭示了2018年全球沙尘暴之后中层水冰云层的反复存在。我们表明，这层上升从45到80公里的高度上的时间尺度的天加热低层大气由于风暴。此外，我们证明，有一个强大的黎明黄昏不对称的水冰丰度，夜间成核和随后的白天升华。水冰颗粒大小的检索是一致的，并表现出尖锐的垂直梯度（从0.1到4.0微米），以及全球沙尘暴（<0.5微米）和2019年区域沙尘暴（1.0微米）之间的中间层差异，这表明不同的水冰成核效率。这些结果构成了我们对火星中层水冰云的理解的基础，并进一步限制了中层大气中水冰和尘埃之间的相互作用。
2019-12-30 astro-ph.EP
Quasi-diurnal Kelvin Wave Observed in the Atmosphere of Mars by the Pressure Sensor on the InSight Lander
The University of Tokyo（东京大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
研究人员通过奇异谱分析处理洞察号超一个火星年的压力观测数据，直接提取出火星大气中与周日潮汐共振的准周日开尔文波，验证了火星行星气候模型对相关现象的再现能力。
2026-08-21 astro-ph.EP
Martian atmospheric disturbances from orbital images and surface pressure at Jezero Crater, Mars, during Martian Year 36
本研究融合Perseverance地面气压与轨道图像，刻画MY36–37年Jezero的热潮汐、长周期振荡、云带和沙尘暴响应，并识别出相关斜压扰动与极区气旋涡旋。
2025-01-09 astro-ph.EP
Characterization of dust activity on Mars from MY27 to MY32 by PFS-MEX observations
我们目前的空间和时间分布的火星上的灰尘从LS = 331 MY 26到LS = 80 MY 33检索从测量的行星傅立叶光谱仪（PFS）登上火星快车。与以前的观测结果一致，大尘埃不透明度主要在南半球的春季/夏季，特别是在地势较高和地形变化较大的地区。我们提出了一个比较，从热发射光谱仪（TES）-火星全球探测器（MGS）测量尘埃不透明度。我们发现在重叠间隔期间（MY 26的Ls = 331，直到MY 27的Ls = 77），两种仪器的观测值之间具有良好的一致性。我们发现了不同的行为的尘埃不透明度与纬度在不同的火星年（年际变化）。MY 28发生了一次全球性沙尘暴。我们观察到一个不同的空间分布，较晚的发生和消散的尘埃最大活动在MY 28比其他火星年。在Ls = 200 - 235，特别是在西希腊，观测到MY 28全球沙尘暴的可能前兆信号。大量的灰尘会改变大气温度。由于垂直分布不均匀的尘埃吸收太阳辐射和向空间发射红外辐射，观测到高层大气（40 - 50公里）的强烈加热和30公里以下的冷却。
2018-02-07 astro-ph.EP
The Allen Telescope Array Search for Electrostatic Discharges on Mars
2010年3月9日至6月2日期间，艾伦望远镜阵列被用于监测火星的无线电发射，时间总共约为30小时，以监测表明静电放电的无线电发射。Ruf等人（2009年）的报告指出，探测到来自火星的非热微波辐射，其特征是峰态功率谱峰值为10赫兹，与2006年6月8日的一次大沙尘暴事件相吻合。对于这些观测，我们在天文信号处理和电子研究中心（CASPER）开发了一个宽带信号处理器。这款1024通道光谱仪可计算累积功率和功率平方，并在观测后计算光谱峰度。峰度的变化指示信号中的非高斯性，其可用于检测可变宇宙信号以及射频干扰（RFI）。在三个月的观测期间，火星上出现了小规模沙尘暴形式的尘埃活动，但没有检测到闪电放电的信号。在3.2和8.0 GHz处都可以看到包含具有近似10 Hz基频的谱峰的kurtstrum中的频繁信号，但是这是具有在宽频率范围上扩展的谐波的窄带RFI的结果。
2011-11-02 astro-ph.EP
Rocket dust storms and detached dust layers in the Martian atmosphere
空气尘埃是火星环境中的主要气候因子。局部沙尘暴在沙尘循环中起着关键作用，但人们对它们的生命周期知之甚少。在这里，我们使用中尺度建模，包括辐射活性尘埃的运输，以预测OMEGA在火星快车上监测的当地沙尘暴的演变。我们表明，这场沙尘暴的演变是由深对流运动。对流能量的供应是由尘埃颗粒吸收入射的阳光提供的，而不是像地球上的潮湿对流那样通过潜热提供。我们建议使用"火箭沙尘暴"或conio-cumulonimbus这一术语来描述发生快速和有效垂直输送的风暴，在火星对流层的高空（30至50公里）喷射尘埃颗粒。结合大规模风的水平运输，火箭沙尘暴产生分离的灰尘层，让人想起火星全球勘测者和火星侦察轨道飞行器观察到的情况。由于夜间沉降的效率低于白天的对流输送，而分离的尘埃层可以在白天对流，这些层可以稳定几天。预计在晴朗季节（北半球冬季末至夏季末），低纬度地区的火箭沙尘暴活动将达到高峰，这就是火星气候探测器揭示的高海拔热带沙尘最大值的原因。尘埃驱动的深层对流对火星尘埃循环、热结构、大气动力学、云微物理学、化学以及机器人和人类探索都有很强的影响。
2012-12-19 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Focused Space Weather Strategy for Securing Earth, and Human Exploration of the Moon and Mars
这份白皮书承认了观测中的差距，这些差距一旦得到解决，将大大改善太阳辐射危害和地磁风暴预报。辐射预报依赖于我们将定义的整个“太阳辐射半球”的观测。火星探测需要在战略上安排与辐射有关的观测。我们还提出了一种轨道解决方案，通过改进现场和太阳/日光层遥感来改进地磁风暴预报。
2023-01-09 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Observational evidence for a dry dust-wind origin of Mars seasonal dark flows
温暖斜坡上的季节性流动，或循环的斜坡线（“RSL”），已被提出作为火星上目前流动水的有力证据。这一假设得到了活动和温暖温度之间的相关性以及水合盐的光谱鉴定的支持。在这里，我们首先证明，盐光谱识别是不强大的，和流量活动发生在更广泛的季节和坡度方向比以前认为，排除液态水作为一个可能的贡献者。然后，我们表明，流动活动的形态，位置和时间是完全一致的去除和沉积的明亮的灰尘以上的黑暗的下垫面发生显着的关系，季节性沙尘暴活动。因此，火星反复出现的斜坡线与现今干燥的火星上典型的尘埃运动是一致的。
2019-03-15 astro-ph.EP
On production of gamma rays and Relativistic Runaway Electron Avalanches from Martian dust storms
使用蒙特卡罗模拟研究了起源于火星沙尘暴内部的失控电子雪崩和伽马射线的产生。在没有现场测量的情况下，我们使用理论预测的电场内沙尘暴。电子是通过相对论逃逸电子雪崩过程产生的，高能光子是电子与空气的韧致辐射散射的结果。不同的电场和电子的能谱的逃逸电子雪崩的特征长度推导和比较，他们的地球同行。它被发现，这是可能的火星尘暴发展高能电子雪崩，并产生类似于地球雷暴的地面伽马射线闪光的伽马射线光子的大通量。这种现象可以被称为火星伽马射线闪光，由于火星上的大气层非常薄，它可以通过地面仪器或环绕火星的卫星观测到。
2017-08-21 astro-ph.EP
Monitoring Atmospheric Dust Spring Activity at High Southern Latitudes on Mars using OMEGA
本文介绍了火星27年春季南极地区大气尘埃的监测结果。我们的目标是帮助确定在大气中的灰尘浓度显示特定的时间模式，例如高，可变的，并在上升，由于提升或运输机制的区域。这种识别与季节性冰回归有关。在对前人结果进行唯象检验的基础上，提出了南极区气溶胶活动起源的假说。这一点至关重要，因为在这一区域产生的局部沙尘暴有时会发展成全球性的规模。不
2013-11-07 astro-ph.EP
Localized precipitation and runoff on Mars
我们使用火星区域大气模拟系统（MRAMS）来模拟火星上的湖暴，发现当湖泊面积大于等于10^3平方公里时，会出现强烈的局部降水。火星有一个低密度的大气层，所以深层对流可以由少量的潜热释放引发。在我们的参考模拟中，浮力羽流将蒸汽提升到冷凝水平以上，形成20公里高的光学厚度云。冰粒生长到200微米半径，并以平均速率高达1.5毫米/小时水当量（最大速率高达6毫米/小时水当量）落在湖泊附近（或湖泊中）。由于火星表面层外的大气温度总是远低于273 K，因此过饱和和冷凝开始于火星湖泊上方的低海拔。与地球上的湖暴不同，火星上的湖暴涉及持续的降水，其垂直速度和羽流高度超过地球上的热带雷暴。对于小于10^3 km^2的湖泊或大于O（10^2）mbar的大气压力，对流不会到达行星边界层以上。相反，蒸汽被平流顺风，几乎没有云的形成。降水以降雪的形式出现，而陆面上由羽流蒸汽和风暴云产生的日间辐射强迫太小，不足以直接融化积雪（<+10 W/m^2）。然而，如果轨道条件是有利的，那么雪可能会季节性地不稳定融化，并产生径流形成通道。我们通过在所有可能的轨道条件下运行热模型，并根据Laskar等人给出的概率对结果进行加权，2004.我们确定，对于赤道水汽源，阳光比现在暗15%，积雪的温度为0.28（0.35），融化可能发生的概率为4%（0.1%）。如果古代的温室效应比今天稍大（6 K），这一比例将上升到56%（12…
2010-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Dust particle size, shape, and optical depth during the 2018/MY34 Martian Global Dust Storm retrieved by MSL Curiosity rover navigation cameras
环绕火星的沙尘暴或全球沙尘暴（GDS）是由局部和区域性风暴共同影响而产生的，是一种不常见的非周期性现象：平均频率约为每3-4个MY，它们会导致大气尘埃负荷大幅上升，持续数周至数月，并对大气特性、能量收支和全球环流产生重大影响。在2018/MY 34全球沙尘暴期间，在L_S = 185 $^\circ$（2018年5月30日至31日）开始，火星科学实验室（MSL）漫游车进行了密集的大气科学活动，以监测盖尔陨石坑的环境参数。我们的贡献，以前的研究与独立的检索，以约束尘埃不透明度和重新定义的气溶胶粒子的属性，包括：大小，形状和单散射相函数。实施迭代辐射转移反演程序，以确定最适合2018/MY 34 GDS期间MSL导航相机（Navcams）观测到的前向和后向散射区域天空辐射角分布的气溶胶参数。
2020-08-05 astro-ph.EP
Chaos, storms and climate on Mars
朱文泰峡谷附近高原上的通道网络具有火星上报告的最高排水密度。我们模拟了朱文泰高原上的冰冻降水，发现形成这些通道网络的触发因素可能是短暂的湖岸降水，并且它们不需要过去的温度高于今天。如果短期和局部事件解释了火星上的一些树枝状通道网络，这将削弱树枝状山谷网络与维持生命的地表气候条件之间的联系。我们的分析使用MRAMS模拟和HiRISE DTM。我们模拟了外流通道形成期间由短暂湖泊释放的水蒸气驱动的局部天气系统。在Juventae Chasma，平均降雪量在裂缝西南边缘达到最大值0.9 mm/hr水当量。厚云层的辐射效应提高了最大值。（最小，平均）平台地面温度高达24 K（9 K，17K）局部。关键的结果是，模拟的最大降水面积与绘制的Juventae高原通道网络显示出惊人的对应关系。三种独立的方法表明，这种拟合不太可能是我们使用积雪能量平衡模型来表明，如果雪具有灰尘的能量，（0.28），太阳光度为0.8（$\equiv$ 3.0Gya），则如果大气温室效应从（比今天高6 K），只有0.4%（21%）的湖泊引起的降水事件产生积雪融化。然而，与此相关的高密度云层覆盖导致的变暖将允许在更大范围的条件下融化。2在这些局部降水的情况下，全球气温不需要比今天高，地球上的其他地方仍然干燥。
2010-12-31 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The 2018 Martian Global Dust Storm over the South Polar Region studied with MEx/VMC
我们使用2018年6月和7月期间火星快车上的视觉监控相机（VMC）获得的图像研究了2018年火星全球沙尘暴（GDS 2018）。沙尘侵入极帽区，但从未完全覆盖极帽，其空间分布是不均匀的和快速变化的。然而，我们探测到长而窄的气溶胶弯曲弧，长度为2，000 - 3，000公里，穿过部分帽盖并穿过终结者进入夜晚。跟踪离散的尘埃云可以测量它们以高达100米/秒的速度朝向终结者的运动。投射到火星边缘的尘埃图像显示最大高度约为70公里，但空间和时间变化很大。我们讨论这些结果的背景下，沙尘暴的数值模式的预测。
2021-02-26 astro-ph.EP
Probing Dust and Water in Martian Atmosphere with Far-Infrared Frequency Spacecraft Occultation
本研究提出利用1-10太赫兹远红外频段的航天器掩星观测，实现对火星大气尘埃的全球、同步温度和尘埃不透明度测量，并指出小卫星星座可监测沙尘暴发展。
2023-09-04 astro-ph.EP
The Potential Importance of Non-Local, Deep Transport on the Energetics, Momentum, Chemistry, and Aerosol Distributions in the Atmospheres of Earth, Mars and Titan
对地球大气层中的非本地深层传输机制的回顾为研究火星和土卫六大气层中是否存在类似机制提供了良好的基础。在地球上，热带地区的深层对流云构成了哈德利环流圈的向上分支，并提供了一个管道，通过该管道，能量、水分、动量、气溶胶和化学物质从边界层移动到对流层上部和平流层下部。这种输送在对流层中部产生最小值，如水蒸气和湿静态能量，并在云离开时产生最大值。类似于这种陆地传输的是与火星地形和火星沙尘暴有关的强烈的深层热循环。对火星上尘埃层升高的观测进一步支持了非本地深层运输是火星大气层中一个重要机制的观点。在土卫六上，深层对流云的存在几乎保证了非局部的深层运输正在发生，这些云可能在全球能量、动量和甲烷的循环中发挥作用。基于地球大气层中非局部深层传输的潜在重要性，并得到火星和土卫六大气层中此类传输的证据支持，有必要更加关注地外大气层中的这种机制。
2010-10-25 astro-ph.EP
Properties of a Martian local dust storm in Atlantis Chaos from OMEGA/MEX data
在这项研究中，我们提出了一个本地风暴的尘埃性质的分析，在火星亚特兰蒂斯混沌地区的OMEGA成像光谱仪在2005年3月2日。利用辐射转移模式MITRA研究了沙尘在0.5 ~ 2.5 μm波段的特性，并推断了局地风暴动力学与地形的关系。反演了有效颗粒半径（reff）、9.3 μm光学厚度（τ9.3）和尘埃层顶高度（ta）的分布图。结果表明，大粒子（reff = 1.6 μm）集中在风暴中心（lat=33.5° S; lon=183.5 W°），光学厚度最大（τ9.3 > 7.0），最高高度超过18 km。在风暴之外，我们得到τ9.3 < 0.2，与全球气候模式（GCM）的估计一致。我们推测亚特兰蒂斯混沌西部边界的低热惯性区是沙尘暴的可能来源。此外，我们发现的证据表明，地形发挥了作用，在限制当地的风暴在亚特兰蒂斯混沌。大气环流模式中的垂直风分量没有提供任何触发扬尘的提示。另一方面，水平和垂直风廓线的组合表明，尘埃一旦升起，就被推向东方，然后向下，并被限制在亚特兰蒂斯混沌的东北山脊内。（续文章）
2017-09-04 astro-ph.EP
Seasonal Performance Evaluation of a Hybrid PV-Wind-Battery Power System for a Mars Base
本研究评估了火星基地混合光伏-风能-电池电力系统在季节变化和沙尘暴下的性能，发现单套系统可支持六人基地覆盖火星表面32.1%，三套扩展至51.7%，并在全球沙尘暴期间维持24个FLSW站点运行。
2024-12-25 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.SY
The Mars Science Laboratory record of optical depth measurements via solar imaging
好奇号火星车通过太阳成像记录了火星Gale陨石坑的光学厚度，发现其受尘暴影响呈季节性变化，揭示了尘埃负荷的昼夜变化和高空尘埃特征，并因相机遮光罩收集到跃移沙子而调整了测量策略。
2023-09-14 astro-ph.EP
Impacting the dayside Martian ionosphere from above and below: Effects of the impact of CIRs and ICMEs close to aphelion (April 2021) and during dust storms (June-July 2022) seen with MAVEN ROSE
本研究利用MAVEN ROSE的62个电子密度剖面，分析了近日点附近及沙尘暴期间CIRs和ICMEs对火星日侧电离层的影响，发现太阳事件和沙尘活动共同导致TEC增加、峰值高度异常及热大气整体抬升等复杂效应。
2024-04-23 astro-ph.EP physics.space-ph
Analytical calculation of the minimum wind speed required to sustain wind-blown sand on Earth and Mars
沙粒在风的驱动下跳跃运动，即所谓的跳跃，形成沙丘和涟漪，并将细小的尘埃颗粒带入地球和火星的大气层。虽然已经对跳跃开始时的风速（流体阈值）进行了广泛的研究，但对火星条件下跳跃停止时的风速（撞击阈值）却没有进行很好的量化。我们提出了一个分析模型的影响阈值，我们表明是在协议的测量和最近的地球条件下的数值模拟。对于火星的条件下，我们发现，影响阈值大约是一个数量级低于流体阈值，与以前的研究一致。因此，火星上的跳跃可以在比启动它所需的风速低一个数量级的情况下维持，从而导致滞后现象的发生。这些结果证实了早期的模拟与详细的数值跃移模型，并有重要意义的沙丘，涟漪和沙尘暴在火星上的形成。
2010-01-27 astro-ph.EP cond-mat.other physics.ao-ph
Detection of spark discharges in an agitated Mars dust simulant isolated from foreign surfaces
从海盗号登陆器时代开始的许多实验室实验都报告说，火星模拟尘埃颗粒之间的摩擦相互作用可以催化静电过程（即摩擦起电）。这些发现被引用来表明火星尘卷风和尘暴可能会维持闪电风暴、辉光放电和其他复杂的静电现象。然而，在许多情况下（如果不是大多数情况下），这些实验允许火星尘埃模拟颗粒接触外来表面（例如，环境室的墙壁或其他化学性质不同的颗粒）。一些作者指出，这种相互作用可能会产生充电，这并不代表火星表面附近发生的过程。在这项工作中，我们的实验特性的摩擦带电的火星尘埃模拟产生的孤立粒子粒子碰撞和粒子壁碰撞下模拟火星环境。首次，我们报告的直接检测火花放电在火星表面条件下的流动组成的天然玄武岩和人造表面隔离。流化颗粒获得的电荷密度约为10^-6 Cm^-2（超过了火星近地表环境的理论最大电荷密度）。此外，我们证明了模拟粒子与实验壁的相互作用可以调制火花放电的极性。我们的工作支持的想法，小规模的火花放电可能确实存在于火星颗粒流，并可能在定性上类似于陆地火山喷口的小规模放电。
2020-11-21 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Dust storm-enhanced gravity wave activity in the Martian thermosphere observed by MAVEN and implication for atmospheric escape
低层大气的全球沙尘暴影响着整个火星大气的小尺度和大尺度天气和变化。对美国宇航局火星大气挥发物演变（MAVEN）航天器上中性气体和离子质谱仪（NGIMS）的CO $_2$密度数据的分析显示，在2018年主要沙尘暴期间，热层中GW引起的密度波动显着增加，具有不同的纬度和当地时间变化。在风暴期间，平均热层GW活动增加了两倍。相对密度扰动的幅度平均约为20%，局部为40%。一个半月后，GW活动逐渐减少。火星热层温度扰动的增强可以促进大气逃逸。我们首次估计，对于20%和40%的GW引起的扰动，氢的Jeans逃逸通量的净增加分别是1.3和2倍。
2021-01-19 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dust aerosol, clouds, and the atmospheric optical depth record over 5 Mars years of the Mars Exploration Rover mission
尘埃气溶胶在火星大气的行为和演变中起着重要作用。火星探测漫游者数据的前五个火星年提供了两个地点的灰尘负荷的前所未有的记录。这一记录有助于确定这些地点的大气特征，并作为轨道观测的地面实况。大气消光光学厚度已来自太阳图像校准和校正后随时间变化的灰尘，已积累在相机窗口。记录包括本地，区域和全球范围的沙尘暴。与同期热红外资料的比较表明，沙尘气溶胶的大小有显着的变化，在北部夏季的有效半径为1 μm，在沙尘扬升事件开始时的有效半径为2 μm。太阳经度（LS）20-136°周期的特征还在于机会号站点存在卷状云，特别是在LS=50和115°附近。除了水冰云，水冰雾也可能存在，二氧化碳云可能在季节早期出现。尘埃不透明度的变化对每个站点的能量平衡都很重要，并与日照的季节性变化一起控制Spirit站点的尘暴频率。
2014-03-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Seasonal Water "Pump" in the Atmosphere of Mars: Vertical Transport to the Thermosphere
我们目前的模拟结果与马克斯普朗克研究所的大气环流模式（MPI-MGCM）实施水文循环计划。模拟揭示了一个季节性的水“泵”机制负责向上输送的水蒸气。这一机制发生在近日点南半球60 $^\circ$以上的高纬度地区，此时纬向环流的上升分支特别强。平均垂直通量与太阳潮汐引起的变化相结合，有利于水在约60公里处穿过“瓶颈”。然后，赤道环流将水输送到全球各地的北半球。由于气溶胶环流的强度受到空气尘埃的严格控制，沙尘暴期间热层中的水丰度强烈增加。
2019-04-12 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Characterisation of dust events on Earth and Mars: the ExoMars/DREAMS experiment and the field campaigns in the Sahara desert
大气尘埃对陆地气候起着重要作用，调节到达地表的太阳辐射量，影响云的发展和寿命，并为陆地和海洋生物群落的生长提供基本的营养。在火星上，由于广泛存在的来源以及缺乏能够减轻其贡献的植被和海洋，灰尘的全球影响甚至更强。分别搭载于ExoMars 2016和2020任务的DREAMS站和Dust Complex是专门为研究火星空气尘埃而开发的。在我的博士学位期间，我加入了领导梦想实验和尘埃复合体的MicroMed传感器的团队。作为开发仪器和获取火星类似数据的一部分，我们的团队在撒哈拉沙漠开展了各种活动，以研究火星上的环境和预期的抬升现象。我们监测扬沙事件，在文献中首次获得，同步测量气象数据，大气电场，跃移活动和悬浮粉尘浓度。目前，这是最完整的数据集，可用于研究粉尘提升过程。我们致力于开发适当的探测算法，以个性化调查中获得的尘埃事件，也适用于未来的火星任务。研究了观测到的沙尘暴和沙尘暴的活动特征，着重分析了它们的电学性质。特别是，我们获得了第一个实验指标的感应电场是如何与悬浮颗粒的数量和气象特征的事件。我们将地面结果与目前可用的火星数据进行了比较，以便为下一次ExoMars测量的分析做准备。
2018-12-25 astro-ph.EP
Mars 2020 Perseverance rover studies of the Martian atmosphere over Jezero from pressure measurements
本研究利用火星毅力号火星车的压力传感器数据，分析了耶泽罗撞击坑上空火星大气的压力变化、潮汐、波动及沙尘暴影响等多尺度特征。
2024-01-23 astro-ph.EP
Aerosols and tides in the martian tropics during southern hemisphere spring equinox from Mars Climate Sounder data
我们分析了火星气候探测器在热带地区的温度和气溶胶数据，以研究大气潮汐及其与尘埃和水冰分布的关系。研究结果表明，在火星29-35年（MY 29-35）的南半球春分，在同一时间内，MY 29年出现了其他年份所没有的大幅度非迁移热潮。与其他年份相比，夜间温度最受干扰，在35-55公里高度处有强烈的逆温。对不同当地时间数据的分析表明，MY 29上午03：45的温度和水冰云与其他年份上午05：00的温度和水冰云更接近，这表明周日潮汐的相位向当地时间提前。这种相移，以及大幅度的非迁移热潮汐，似乎与早期的尘埃活动。在MY 29中，两次早期沙尘暴发生在热带地区的上升流附近，与哈德利环流有关，使沙尘能够被输送到更高的高度，在那里它具有更大的辐射影响。除了尘埃，水冰云也被发现影响潮汐结构。由于非迁移潮汐的相互作用，水冰云在夜间出现在两个离散的纵向区域。辐射冷却的增加导致云上下沉流的增加，导致绝热变暖的增加和逆温的加强。
2020-11-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Extreme Geomagnetic Storm on Early Earth Induced by Corotating Interaction Regions from the Young Sun
本研究模拟年轻太阳CIR激波对早期地球磁层的影响，发现其引发极端地磁暴，显著增强焦耳热和电子沉降，并探讨了对早期地球及系外行星宜居性的意义。
2025-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
CME Evolution in the Structured Heliosphere and Effects at Earth and Mars During Solar Minimum
太阳的活动在太阳活动极小期和太阳活动极大期之间交替，前者对应于日光层的“安静”状态。在太阳活动极小期，从它们在太阳诞生的整个行星际旅程中跟踪爆发事件和太阳风结构原则上是更直接的。在本文中，我们报告了2018年8月下半月发生的一系列太阳瞬变事件的起源，演变和日光层影响的分析，即在太阳周期24的后期下降阶段中。特别是，我们专注于两个连续的日冕物质抛射（CME）和一个后续的高速流（HSS）对地球和火星的方式。我们发现，第一次CME影响了两颗行星，而第二次造成了强烈的磁暴在地球上，并继续错过火星，但经历了空间天气的影响，从流相互作用区（SIR）之前的HSS。对得到日光层建模支持的遥感和现场数据的分析表明，日冕物质抛射与高速日冕物质抛射的相互作用导致第二次日冕物质抛射在行星际空间中旋转和偏转，这突出表明，即使在“较简单”的太阳极小期，准确再现周围的太阳风也至关重要。最后，我们讨论了上游太阳风的条件和瞬态结构负责驾驶空间天气的影响，在地球和火星。
2022-09-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Investigating the Semiannual Oscillation on Mars using data assimilation
火星分析校正数据同化再分析数据集（MACDA）1.0版中，火星半年振荡（SAO）与地球热带平流层中的振荡相似，不仅在热带，而且还延伸到高纬度。与地球上不同，火星SAO并不总是逆转其纬向风向，而只是在某些压力水平和纬度上表现为主导风的减速。进一步将奇异系统分析（SSA）应用于不同纬度带的纬向平均纬向风场，揭示了不同纬度的SAO现象的特征。第二对主成分（PC）通常由SAO信号支配，尽管SAO信号可以足够强以在第一对PC中也表现出自身。通过对转换欧拉平均方程（TEM）中的项进行分析，进一步阐明了热带地区驱动纬向平均纬向风趋势的强迫过程。纬向平均纬向平流与纬向平均纬向风的振荡有很强的相关性，并提供了SAO周期中大部分的向西（逆行）强迫。各种非纬向波的强迫对纬向平均纬向风的强迫作用与纬向平流的强迫作用在3Pa以上几乎相反，但它也部分支持40~3Pa的SAO。在我们的诊断结果中，在火星年（MY）25全球尺度沙尘暴（GDS）期间发生的一些独特的特征也是值得注意的，在MY 25的下半年，东向和西向动量的值明显更强，由于垂直平流，瞬态波和热潮汐的强迫更强。
2019-06-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
OMEGA/Mars Express: A new martian atmospheric dust hunter
本文提出利用OMEGA近红外数据探测火星大气尘埃的新方法，通过2微米CO₂吸收带测量光学厚度，揭示尘埃季节循环变率及与RSL活动的相关性。
2025-02-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Effects of Solar Activity, Solar Insolation and the Lower Atmospheric Dust on the Martian Thermosphere
由中性气体和离子质谱仪在火星大气和挥发性演化（MAVEN）和来自这些密度的温度测量的Ar密度的诊断表明，太阳活动，太阳日射，和低层大气尘埃是火星热层的主要强迫。基于多元线性回归分析，提出了一种方法来定量分析主导强迫对密度和温度的贡献。目前的研究结果表明，100 sfu（太阳通量单位）的变化，在太阳活动的结果约。136 K对应的热层温度的变化。太阳日射量限制了季节、纬度和日变化的相互依赖性。太阳辐射的日变化占主导地位，其次是纬度和季节变化。全球性和区域性的沙尘暴都导致火星热层的密度和温度显著增加。利用过去的太阳通量和尘埃光学深度的数据，火星热层的状态外推到火星年（MY）24。虽然MY 25，MY 28和MY 34的全球沙尘暴使热层温度升高了约100 ℃。22-38 K，MY 34的区域沙尘暴导致大约。15 K暖身与没有尘埃的情况相比，仅尘埃驱动的热层温度就可以使氢逃逸通量增加1.67-2.14倍。沙尘暴的影响是相对显着的全球沙尘暴发生在太阳极小期相比，那些发生在太阳极大期。
2022-10-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Probabilistic Trajectory and Dispersion Study of Martian Tumbleweed Rover Swarms in Global Dust Storm Conditions
University of Oxford（牛津大学）；University of Toronto（多伦多大学）
本研究针对火星全球沙尘暴中漫游车群的扩散与通信问题，提出基于MCD风场和随机模型的概率轨迹方法，证明20车群体在合理阵风条件下可保持连通。
2026-10-01 astro-ph.EP astro-ph.IM nlin.AO
Combined Airborne Wind and Photovoltaic Energy System for Martian Habitats
在火星上生产可再生能源在技术上具有挑战性。首先，因为与地球相比，太阳能和风能等关键能源由于大气压力非常低和太阳辐射低而很弱。其次，由于恶劣的环境条件，需要高度的自动化，以及将材料运输到地球的特殊努力和成本。就像在地球上一样，将互补资源结合起来以实现有效的可再生能源解决方案至关重要。在这项工作中，我们提出了一个设计综合练习的结果，一个10千瓦的微电网解决方案，基于一个泵风筝电力系统和光伏太阳能模块，为建筑以及火星栖息地的后续使用提供动力。为了缓冲不可避免的能源波动并平衡季节性和昼夜资源变化，这两个能源系统与压缩气体存储系统和锂硫电池相结合。选择机载风能解决方案是因为其重量与机翼表面积比低，包装体积紧凑，容量系数高，使其能够在空中停车模式下承受强沙尘暴。薄膜翼的表面积为50平方米，整个系统的质量，包括风筝控制单元和地面站，为290公斤。微电网的性能进行评估，通过计算模拟使用可用的资源数据在火星上选定的部署位置。该系统的预计成本为895万欧元，不包括前往火星的运输费用。
2021-05-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.pop-ph
A 3D model simulation of hydrogen chloride photochemistry on Mars: Comparison with satellite data
本研究将非均相氯化学纳入火星3D光化学模型，成功重现了MY 34和35期间卫星观测的HCl时空变化，证实非均相化学对描述HCl损失至关重要。
2025-06-23 astro-ph.EP physics.chem-ph
The physics of wind-blown sand and dust
风对沙尘的输送是一种强大的侵蚀力，形成沙丘和涟漪，并使大气层充满悬浮的沙尘气溶胶。本文对地球和火星上的风沙和尘埃的物理学进行了广泛的回顾。具体而言，我们回顾了风成跃移的物理学，沙丘和波纹的形成和发展，沙尘气溶胶排放的物理学，触发沙尘暴的天气现象，以及沙尘暴和其他小尺度涡旋的尘埃提升。我们还讨论了金星和土卫六上风吹沙和沙丘形成的物理学。
2012-09-20 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.ao-ph
