火星大气中的火箭型沙尘暴与分离尘层

悬浮尘埃是火星环境中的主要气候驱动因子。局部沙尘暴在尘埃循环中起着关键作用，但其生命周期尚知之甚少。在此，我们利用包含辐射活性尘埃传输的中尺度模型，预测由火星快车号（Mars Express）上的 OMEGA 仪器监测的一次局部沙尘暴的演变。我们表明，该沙尘暴的演变受深层对流运动支配。对流能量的供给来自尘埃颗粒对入射阳光的吸收，而非像地球上的湿对流那样来自潜热释放。我们提议使用“火箭型沙尘暴”（rocket dust storm）或“尘积雨云”（conio-cumulonimbus）这一术语来描述那些发生快速高效垂直传输、将尘埃颗粒注入火星对流层高空（30 至 50 km）的风暴。结合大尺度风场的水平传输，火箭型沙尘暴会产生分离的尘层，令人联想到火星全球勘测者号（Mars Global Surveyor）和火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）所观测到的现象。由于夜间沉降效率低于白天的对流传输，且分离尘层在白天可发生对流，这些尘层可稳定存在数天。预计火箭型沙尘暴的活动峰值出现在低纬度地区的晴朗季节（北半球冬末至夏末），这解释了火星气候探测仪（Mars Climate Sounder）揭示的高空热带尘埃极大值。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、化学以及机器人和人类探索具有深远影响。