火星是太阳系中与地球最相似的类地行星,火星环境一直以来都是行星科学的研究热点。火星次表层水冰的时空分布特征,及其影响沙尘暴和大气辐射动力过程是火星表层环境系统的重要环节,研究它们对于认识目前的火星大气演化和开展未来的火星探测任务具有重要的意义。然而,目前对大气辐射动力过程特别是火星次表层水冰参与影响下的认识仍然不完整,尚未研究次表层水冰在天气尺度上的变化对沙尘暴演化的影响,及进一步对大气辐射动力过程的影响。因此,本文围绕这些问题开展了研究。论文工作首先利用探测资料和火星大气环流模式（LMD-MGCM）不含有次表层水冰参与的数值模拟结果,结合超自转指数、纬向平均质量流函数和位势涡度等大气特征诊断方法探究了火星典型全球沙尘暴（第34火星年全球沙尘暴）演化及大气辐射动力过程。其次利用最新次表层水冰分布探测结果,在LMDMGCM模式中构建了次表层水冰升华模块,设计了次表层水冰升华方案,研究了次表层水冰升华对全球沙尘暴及大气辐射动力过程的影响。主要结论如下:（1）无次表层水冰参与情景下的模拟结果。第34火星年全球沙尘暴分为以下三个阶段:发生前阶段（Ls=150°-180°）,发展阶段（Ls=185°-210°）和衰退阶段（Ls=210°-240°）。沙尘暴发生之后逐渐向东扩张。在发展阶段和衰退阶段,沙尘的垂直分布表现出白天比夜晚高5-10 km的昼夜变化特征。探测资料和模拟结果均表明沙尘可显著加热火星大气,但模拟的南半球高纬度沙尘垂直分布和大气温度分别比探测低5 km和10 K。沙尘热力作用驱动的大气环流使得大气动力结构发生显著变化。具体表现为:随着全球沙尘暴的发生,赤道超自转西风急流和平均经圈环流显著加强,它们对沙尘的纬向输送和垂直输送起到了关键作用,同时平均经圈环流的昼夜变化对沙尘垂直分布的昼夜变化起到了很好的解释作用,即沙尘与赤道超自转西风急流和平均经圈环流之间存在相互作用关系;随着全球沙尘暴的发生,南半球高纬度水平运动的纬向分量减弱、经向分量加强,这使得南极极涡减弱,并且南极极涡也表现出昼夜变化特征,极涡中心总是在当地06时附近。平均经圈环流对水汽从南半球极区向中低纬度的水平输送和从低空向高空的垂直输送起到了关键作用。（2）有次表层水冰参与情景下的模拟结果。次表层水冰纳入模式之后,对无次表层水冰参与情景下模式模拟的南半球高纬度沙尘垂直分布和大气温度分别比探测低这一问题起到了改善作用,具体使得沙尘垂直分布和大气温度分别提高了1-2 km和2-6 K。次表层水冰升华作用主要聚集于南半球中纬度地区,水汽在平均经圈环流的作用下被输送至南半球低纬度和高空,这使得南半球中低纬度地区水汽含量显著增加,水汽增加特征在白天比夜晚更加显著。水汽在被输送到高空后冷却凝结在沙尘颗粒表面导致高空水冰颗粒大量增多,水冰云大量增多,水冰云的增多特征在夜晚比白天更加显著。增多的水冰云通过辐射作用改变火星大气温度,加强平均经圈环流,加强沙尘的垂直输送,使得沙尘表现出高空增加低空减少的再分布特征,并且这种特征在南半球的夜晚比白天更加明显。通过以上过程形成始于水冰云辐射效应的辐射动力过程。