中国科学院大气物理研究所的科研团队近日宣布，成功研发出首个中国自主研发的火星大气环流模式GoMars（Global Open Planetary Atmospheric Model for Mars），并在国际学术期刊《大气科学进展》上发表了相关研究成果。这一突破填补了我国在火星数值模拟领域的空白，为未来火星天气预报和气候预测奠定了重要基础。
火星作为地球的“太阳系姊妹星”，其表面荒漠之下可能隐藏着生命起源的线索，也承载着人类拓展生存边界的希望。然而，火星稀薄的大气、强烈的辐射以及频繁爆发的全球性沙尘暴，对探测设备和人类任务构成严重威胁。尤其是全球性沙尘暴（Global Dust Storm，简称GDS），作为火星极端天气事件的典型代表，是引发火星气候年际变率的主要因素。由于现有观测数据在时间连续性、空间覆盖度和分辨率上存在局限，大气数值模式成为揭示火星沙尘循环全貌的关键工具。
随着“天问一号”任务的成功和“天问三号”采样返回任务的筹备，中国火星探测进入新阶段，对火星气象环境，尤其是沙尘循环的认知需求愈发迫切。GoMars模式应运而生，其基于火星大气物理理论构建数学模型，依托超级计算机求解复杂方程组，实现了对火星气候系统的全面模拟。
研究团队通过在边界层中引入沙尘湍流混合过程，并结合地表起沙通量的合理约束，完成了长达50个火星年（约合100个地球年）的沙尘循环模拟。模拟结果系统展示了沙尘循环的多时间尺度变率特征，包括日循环、季节变化和年际变率。在非全球性沙尘暴年份中，沙尘的日变化和季节变化呈现显著重复性，模拟的“气候平均态”与火星气候分析数据集及“火星气候探测仪”观测资料高度一致。GoMars模拟的近地表风应力起沙通量与国际先进模式MarsWRF的结果在季节变化和空间分布上吻合良好。
在日循环尺度上，模拟显示尘卷风起沙通量峰值出现在当地时间12:00至13:00之间，与“火星探路者”火星车的实测记录相符。GoMars还成功再现了全球性沙尘暴事件的发生时间、位置及沙尘传输路径，并与特定火星年的实际观测吻合。尤为重要的是，该模式模拟出显著的年际变率，包括全球性沙尘暴爆发间隔的不规则性以及沙尘与大气间的相互反馈机制。
目前，研究团队正计划引入更贴近实际观测的动态下垫面特性，以深入探究火星沙尘循环年际变率的机制。同时，团队将集成火星水循环过程，研究其与沙尘循环的相互作用，并构建先进的数据同化系统。最终目标是将GoMars发展为具备火星天气预报能力的系统，利用“天问三号”的实测数据实现实时预报，为人类火星探测任务提供关键支持。
