近日，行星科学团队联合航天科技集团五院、吉林大学等单位，在火星大气涡旋过程研究和“天问三号”采样任务选址方面取得新进展。该成果以“A Preliminary Study on the Identification and Spatio‐Temporal Characteristics of Martian Atmospheric Eddies”为题在Journal of Geophysical Research（JGR）: Planets（JCR1区）在线发表。团队副教授李勃为第一作者和通讯作者。

火星中尺度环流对大气结构和动力学有重要科学意义。火星大气涡旋（气旋和反气旋）是火星全球环流的重要组成部分。例如，在冬季半球，它们将大气热量和动量传递到两极，同时也促进了沿纬向平均梯度输送的沙尘和水冰等。此外，火星大气涡旋分布对火星采样任务也具有重要的科学意义。火星探测器着陆/上升系统对大气中风、密度或温度因素的组合很敏感。气旋和反气旋中水平风的强烈垂直切变可能对火箭的下降和上升系统产生影响，例如燃料耗尽、不能完全减速或使降落伞系统倾斜等等。因此，研究火星大气中涡旋的时空分布具有重要的科学和工程意义。

本研究基于OpenMARS数据库中的火星大气风场数据，使用涡旋识别算法提取出一个火星年（MY28-29）共4089个涡旋。其中气旋3385个，反气旋704个。火星大气涡旋主要分布于北半球的盆地、山脉和广阔近极地平原（图1）。火星大气涡旋可分为两类：地形涡旋和非地形涡旋，前者与火星上的各种地形有关，后者不具有明显的地形依赖性。此外，使用涡旋序列追踪算法共提取出83个涡旋序列（图2），主要现在火星北半球的春夏季，其中近90%的生命周期小于40个火星日。最后，提取预选着陆区（Chryse、Utopia和Amazonis平原）在“天问三号”任务期间的涡旋空间分布规律，其中Chryse平原的涡旋最少且具有最小的平均风速（图3）。因此，本研究倾向于Chryse平原为“天问三号”最优着陆区域。

图1 火星大气涡旋分布图。黑色和白色点代表气旋和反气旋中心。多边形代表涡旋的边界，颜色表示涡旋平均速度大小。

图2 火星大气涡旋序列分布图。线代表涡旋序列中心点移动路径，颜色代表移动距离大小。

图3 天问三号任务全周期涡旋的空间分布。其中I，II和III分别代表Amazonis、Chryse和Utopia平原。