英國全額資助火星塵暴預測博士項目（3 年，含學費減免與獎學金）

01、項目核心信息概括

本項目為(wei) 英國埃克塞特大學（University of Exeter）牽頭的全額資助博士研究生項目，受英國航天局（UKSA）資助，聚焦 “火星塵暴預測” 研究方向，旨在通過改進地球氣候建模工具（Met Office 統一模型 UM 與(yu) 拉格朗日粒子擴散模型 NAME），構建適用於(yu) 火星大氣環境的塵暴預測係統。

項目提供為(wei) 期 3 年的全日製博士培養(yang) ，覆蓋英國本土學生全額學費及國際學生部分學費（約 2.4 萬(wan) 英鎊），並包含生活費津貼（具體(ti) 數額需參照英國博士研究生標準資助體(ti) 係）。申請者需在 2025 年 5 月 12 日前提交申請，研究地點位於(yu) 英國埃克塞特市。

02、研究內(nei) 容深度解析

（一）研究背景與(yu) 科學意義(yi)

火星大氣中的塵埃循環是驅動行星氣候係統的核心過程之一。塵埃顆粒通過散射和吸收太陽輻射，影響大氣溫度結構、環流模式及能量平衡，而局部或全球性塵暴的爆發，更會(hui) 對火星探測任務構成直接威脅。曆史案例顯示，2018 年 “機遇號”（Opportunity）火星車因塵暴導致太陽能板被遮蔽，最終失聯，凸顯了塵暴預測對長期火星探測任務的關(guan) 鍵作用。隨著人類對火星采樣返回、載人登陸等複雜任務的推進，精準預測塵暴的起始、演化及影響範圍，成為(wei) 保障任務安全與(yu) 效率的必要前提。

火星氣候係統與(yu) 地球存在顯著差異：火星大氣以二氧化碳為(wei) 主（占比 96%），表麵氣壓僅(jin) 為(wei) 地球的 1%，且塵埃粒徑、成分（富含鐵氧化物）及揚起機製（地形驅動、熱力湍流）與(yu) 地球塵暴存在本質區別。目前，基於(yu) 地球氣候模型改進的火星模擬工具，已成為(wei) 該領域的主要研究手段。本項目所依托的 Met Office 統一模型（UM），作為(wei) 全球領先的高分辨率氣候模型，此前已成功應用於(yu) 理想化火星氣候模擬，具備拓展至實際塵暴預測的技術基礎。

（二）研究目標與(yu) 技術路徑

項目核心目標為(wei) 構建兼具物理機製解析與(yu) 預測能力的火星塵暴模型係統，具體(ti) 分為(wei) 三個(ge) 技術模塊：

1.火星大氣物理過程建模

基於(yu) UM 模型框架，整合火星特有的塵埃揚起、傳(chuan) 輸、沉降機製及二氧化碳相變過程（如極冠區幹冰凝結）。需解決(jue) 的關(guan) 鍵科學問題包括：塵埃起電對顆粒抬升的影響、塵埃 - 輻射相互作用的參數化方案、以及塵暴期間大氣分層結構的動態演化。研究將結合火星軌道器（如 MRO）的遙感數據（如火星氣候探測儀(yi) MCS 的溫度廓線、火星彩色成像儀(yi) MARCI 的塵埃光學厚度反演），對模型參數進行校準與(yu) 驗證。

2.拉格朗日粒子擴散模型適配

引入 Met Office 的 NAME 模型，追蹤塵埃顆粒從(cong) 源區（如 Valles Marineris 峽穀等高頻揚塵區）到全球輸運的軌跡。該模型在地球環境中已成功應用於(yu) 火山灰擴散、汙染物遷移等場景，其火星適配需考慮大氣密度低、重力加速度小（約為(wei) 地球的 1/3）對顆粒運動方程的修正，以及火星表麵粗糙度對邊界層湍流的影響。通過耦合 UM 的歐拉場（網格解析大氣流場）與(yu) NAME 的拉格朗日粒子追蹤，可實現對塵暴中尺度結構（如螺旋狀塵卷風、塵暴前鋒推進）的精細化模擬。

3.預測能力驗證與(yu) 應用場景

針對火星探測任務周期（如著陸器進入 - 下降 - 著陸階段、漫遊車長期作業(ye) 窗口），開發基於(yu) 模型的塵暴預警算法。研究將重點關(guan) 注塵暴對太陽能發電效率、通信信號衰減、設備散熱的影響評估，為(wei) 任務規劃提供決(jue) 策支持。例如，通過模擬塵暴期間火星表麵光照強度的時空分布，可優(you) 化漫遊車的能源管理策略；通過預測塵暴路徑，可輔助選擇著陸點與(yu) 科學考察路線。

（三）資助體(ti) 係與(yu) 申請條件

1.資助結構

· 學費覆蓋：英國及歐盟學生享受全額學費減免；國際學生獲得部分學費資助（約 2.4 萬(wan) 英鎊 / 年，具體(ti) 數額以當年標準為(wei) 準），需自行承擔剩餘(yu) 學費差額（通常為(wei) 國際生學費與(yu) 英國本土學費的差值，約 1.5-2 萬(wan) 英鎊 / 年）。

· 生活津貼：提供免稅生活費補助，參考英國研究理事會(hui) （UKRI）標準（2025 年預計約 1.8-1.9 萬(wan) 英鎊 / 年），覆蓋基本生活開支。

· 額外支持：項目組可協助申請差旅費（用於(yu) 參加國際會(hui) 議）、設備采購費（如高性能計算資源使用），但簽證費、醫療附加費及搬遷費用需由學生自行承擔。

2.申請者資質

· 學術背景：需具備大氣科學、行星科學、地球係統建模、流體(ti) 力學或相關(guan) 領域的碩士學位，掌握數值模型開發（如 Fortran、Python）、數據同化（如 3DVAR/4DVAR）及遙感數據分析技能者優(you) 先。

· 語言要求：非英語母語者需提供雅思（總分≥6.5，單項≥6.0）或托福（總分≥90，單項≥22）成績，證明學術英語能力。

· 跨學科能力：項目強調地球與(yu) 行星科學的交叉，歡迎具備火星探測任務認知、空間天氣學基礎或機器學習(xi) 在氣候建模中應用經驗的申請者。

03、實用申請建議

（一）研究計劃撰寫(xie) 策略

1.問題導向與(yu) 創新點凸顯

研究計劃需明確提出待解決(jue) 的科學問題（如 “如何改進 UM 模型的塵埃輻射反饋參數化方案以提升塵暴強度預測精度”），並結合現有文獻指出研究創新點。建議對比現有火星塵暴模型（如美國 NASA 的火星 WRF 模型）的不足，說明本項目所采用的 UM-NAME 耦合框架的獨特優(you) 勢（如高分辨率邊界層模擬、粒子追蹤的物理機製完整性）。

2.技術路線具體(ti) 化

分階段描述研究方法，例如：

· 第一年：完成 UM 模型火星大氣模塊的代碼調試，基於(yu) MRO 數據建立塵埃光學特性數據庫；

· 第二年：實現 NAME 模型與(yu) UM 的雙向耦合，開展曆史塵暴事件（如 2015 年全球塵暴）的模擬複現；

· 第三年：開發概率預報係統，結合機器學習(xi) 優(you) 化預測算法，完成對未來任務窗口的塵暴風險評估。需注明數據來源（如 ESA 火星快車號的 SPICAM 光譜儀(yi) 數據）、計算資源（如英國國家超算中心 ARCHER2）及驗證方法（如統計評分指標：均方根誤差、命中率）。

3.與(yu) 項目目標的契合度

強調個(ge) 人經曆與(yu) 項目需求的匹配：若曾參與(yu) 地球沙塵暴模型開發，可說明如何遷移相關(guan) 經驗（如湍流參數化方案的普適性）；若具備行星科學背景，可闡述對火星大氣化學循環的理解如何輔助塵埃 - 氣候相互作用研究。

（二）麵試準備與(yu) 競爭(zheng) 力提升

1.模型技術細節儲(chu) 備

深入了解 Met Office UM 模型的核心架構（如動力框架采用的立方球麵網格、物理過程包的模塊化設計），以及 NAME 模型的粒子追蹤算法（如隨機行走模型在低雷諾數流場中的應用）。可參考 Met Office 發布的技術報告（如《The Met Office Unified Model: System Description》），提前梳理模型適配火星環境時可能遇到的技術挑戰（如低氣壓下的雲(yun) 微物理過程簡化）。

2.跨學科知識整合

關(guan) 注火星探測工程實踐，例如：

·塵暴對火星車能源係統的影響可參考 JPL 發布的《Mars Rover Power System Design Considerations》；

·火星大氣數據同化技術可借鑒歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）對地球大氣的四維變分同化方法，思考如何利用有限的火星觀測數據（如 InSight 著陸器的壓力傳(chuan) 感器）提升模型初始場精度。

3.資金規劃與(yu) 風險應對

國際申請者需明確剩餘(yu) 學費的籌措方案（如申請國家留學基金委 CSC 獎學金、學校專(zhuan) 項補助），並在申請材料中說明資金來源的可靠性。此外，可主動提出備選研究方案（如優(you) 先聚焦區域性塵暴而非全球尺度模擬，以降低計算資源需求），體(ti) 現研究設計的靈活性。

（三）材料提交與(yu) 時間管理

1.關(guan) 鍵時間節點

· 4 月中旬前：完成研究計劃初稿，聯係潛在導師（項目負責人）溝通研究方向，獲取反饋；

· 5 月 1 日前：提交語言成績（如尚未達標，確認是否可申請延期提交，但需在截止日前取得合格成績）；

· 5 月 10 日前：完成網申係統填寫(xie) ，確保推薦信（至少 2 封，需包含學術推薦人對模型開發能力的評價(jia) ）、成績單、簡曆等材料格式符合要求（如 PDF 文件命名規範：LastName_ResearchPlan.pdf）。

2.差異化申請策略

針對項目的工程應用導向，可在簡曆中突出 “技術轉化” 經曆（如曾參與(yu) 將氣候模型輸出轉化為(wei) 行業(ye) 解決(jue) 方案），或展示對火星探測任務的熱情（如參與(yu) 過 NASA/JPL 的虛擬火星任務設計競賽）。對於(yu) 缺乏直接火星研究經驗的申請者，可強調地球氣候模型研究的遷移價(jia) 值，例如：“在地球 PM2.5 擴散模型中開發的氣溶膠 - 輻射相互作用模塊，可類比應用於(yu) 火星塵埃的輻射強迫計算”。

04、學長總結

本項目融合了行星科學的基礎研究與(yu) 航天工程的實際需求，為(wei) 申請者提供了接觸前沿氣候模型技術與(yu) 火星探測任務的獨特平台。成功入選者將在地球 - 行星氣候建模的交叉領域積累跨學科經驗，其研究成果有望直接服務於(yu) 未來火星探測任務的規劃與(yu) 執行。申請者需精準把握項目的技術核心與(yu) 資助機製，通過結構化的研究計劃與(yu) 差異化的背景展示，凸顯自身與(yu) 項目目標的契合度，同時做好資金規劃與(yu) 材料準備，以應對國際博士申請的競爭(zheng) 挑戰。