火星尘暴对高层大气的影响的研究
尘暴是火星大气中一个显著的现象。尘暴发生时，火星表面的尘土颗粒会混入火星中低层大气，影响大气对太阳辐射的吸收，反射和散射，从而改变大气结构以及大气循环。目前的研究表明，火星尘暴能够使暴区表面温度下降，低层大气温度上升，中高层大气密度上升，以及火星全球大气循环增强。
由于缺乏相应的观测数据，目前很少有长期而细致的关于火星尘暴对其中高层大气的影响的研究。然而，火星中高层大气的温度密度波动对于火星探测器的大气制动，大气再入和着陆有着很大的影响，因此，火星尘暴对中高层大气的影响的研究是很有必要的。
针对这一问题，利用我们提出的一种从火星电离层峰值高度获取火星中高层大气密度的方法，结合MGS（Mars Global Surveyor）卫星无线电掩星方法对火星北半球高纬地区的电离层的长期观测，我们获取了在一次火星区域尘暴期间火星北半球高纬地区距离等势表面130km处火星中性大气密度。通过比较火星大气模型MCD (V4.3)对130km处大气密度的模拟结果（该模型并没有考虑局域尘暴对中高层大气的影响）和我们从火星电离层观测中计算得到的结果，我们可以获得该区域尘暴对火星中性大气密度的影响的定量结果。基于尘暴期间火星中性大气变化的定量结果，我们用一个简单的火星电离层光化平衡模型计模拟计算了尘暴对火星电离层的影响，并与MGS无线电掩星观测的火星电离层剖面进行了比较。
图一. MGS观测的尘暴前（蓝色）和尘暴时（红色）电离层剖面
图二
a) 根据MGS的电离层观测计算得到的130km大气密度以及MCD模拟的130km大气密度；
b) 通过对比观测结果和MCD模拟结果得到的尘暴对130km中性大气的影响。
图三. 根据130km中性大气密度的计算结果反推模拟的暴前/暴时电离层剖面
经过研究，我们发现这次局域尘暴中研究区域的电离层峰值高度抬升了至少5km，130km处的中性成分密度在尘暴影响之下最多增加了74%。通过计算结果反推模拟的电离层剖面和观测符合得很好，说明利用电离层剖面计算中高层大气密度得方法是有效的。本研究中计算得到的尘暴对130km中性大气密度的定量影响能够为我们深入理解火星尘暴-中高层大气-大气循环之间的关系提供良好的研究途径和研究素材。
该研究论文“Effects of local dust storms on the upper atmosphere of Mars: observations and simulations”已提交到Journal of Geophysical Research –Planets杂志并于2019年1月3号收到终审意见，已被接收。北京大学地球与空间科学学院空间物理专业2015级本科生秦珺峰为本文第一作者，邹鸿副教授为本文的通讯作者。
