一、团队整体介绍

吕浩宇课题组依托北京航空航天大学空间与地球科学学院，长期致力于类地行星空间环境与比较行星学前沿研究，以自主数值模拟为核心特色，面向深空探测国家重大需求开展系统性科研攻关。团队建立了我国首个具有自主知识产权的类地行星多组分多流体数值模拟体系，自主研发火星、金星、水星及月球等多行星空间环境模型，系统揭示太阳风驱动与行星磁场结构对大气离子逃逸的控制机制，形成了从基础理论到模型支撑的完整研究链条。团队现有教授1人，博士后1人，博士生8人，硕士生9人。多名毕业生荣获北京市优秀毕业生等荣誉。

二、团队成员介绍

1.带头人介绍

吕浩宇，北京航空航天大学空间与地球科学学院教授、博士生导师，英国兰卡斯特大学客座教授，中国地球物理学会行星物理专业委员会副主任，中国古生物学会天体生物学分会理事，中国工程热物理学会爆震与新型推进专业委员会委员，北京航空航天大学本科教学督导组成员，北京航空航天大学“我爱我师”十佳教师，以核心成员获得北京市教学成果一等奖、北京市优秀研究生指导教师团队。主要研究方向是计算等离子体数值模拟在空间物理、行星物理中的应用。承担了30多项国家自然科学基金重点项目、面上项目和中科院先导B专项子课题等，在NC、GRL、JGR、ApJ、A&A等空间物理顶级期刊发表SCI文章70多篇，曾入选中国精品科技期刊顶尖学术论文，获得欧洲空间局“金星快车”杰出贡献奖。以地球空间环境数值模型研究为起点，经过十数年的研发，逐步拓展到金星、火星、水星等类地行星，以及月球等空间环境数值模型，已开发的模型包括：偶极化锋面二维HMHD模型、火星全球多组分单流体MHD模型、火星全球多流体HMHD模型、金星全球多流体HMHD模型、水星全球多流体HMHD模型、月球全球HMHD模型、月尘三维PIC- MCC模型、月球表面鞘层环境三维PIC- MCC模型等。

2.其他核心成员介绍

李仕邦，博士后。主要聚焦于太阳风与火星空间环境相互作用的数值模拟研究，致力于系统揭示火星空间环境的演化特征，并深化对火星大气离子逃逸过程及其主导物理机制的科学认知。目前主持国家自然青年科学基金项目C类、国家资助博士后研究人员计划和博士后科研业绩评估考核一档资助。应用自主模型，以第一/通讯作者身份在GRL、JGR、ApJ、A&A等国际权威期刊发表学术论文十余篇，相关成果曾获全国日地空间物理学研讨会“青年优秀论文奖”。

三、研究方向介绍

1.类地行星多组分多流体数值模拟

1.1 方向简介

类地行星空间环境研究是国际空间物理与行星科学的重要前沿方向，对于理解行星大气演化与宜居性变化具有重要意义。太阳风与行星高层大气和电离层相互作用能够驱动大气离子逃逸，是影响类地行星环境长期演化的关键物理过程。随着天问一号、嫦娥工程及未来深空探测任务的实施，建立自主可控的行星空间环境数值模型体系已成为支撑我国深空探测任务科学研究与数据分析的重要关键技术。

1.2 代表成果

（1）建立我国首个火星全球10组分多流体模型

针对类地行星空间环境中多离子组分耦合动力学过程难以自洽模拟的问题，团队建立了我国首个具有独立知识产权的火星全球三维10组分多流体多圈层耦合模型。该模型耦合火星热冕大气模型与多流体Hall-MHD模型，将电离层离子组分数量由4种提高到10种、化学反应由10种扩展至68种，显著提升了火星离子空间分布结构和离子逃逸率的模拟精度。

（2）揭示太阳风驱动下的离子加速与输运机制

依托火星四组分多流体Hall-MHD模型，系统研究火星弓激波、磁鞘、磁堆积边界以及磁尾结构等关键区域，揭示了火星离子在太阳风电场驱动下的加速与输运机制。相关研究成果发表于Nature Communications、The Innovation、ApJ、GRL、JGR等期刊。其中NC论文利用该模型系统模拟火星空间环境，并成功解释MAVEN观测结果，表明该模型体系已成为研究火星空间环境的重要理论工具。自2020年模型建立以来，相关方向已发表SCI论文30余篇，累计引用170余次。

（3）建立金星全球多流体Hall-MHD模型

在火星研究基础上，团队进一步建立金星全球多流体Hall-MHD模型，可自洽描述太阳风与金星电离层之间的相互作用过程，同时考虑多离子组分动力学行为、Hall效应及电子压力梯度。基于该模型，系统研究了金星弓激波结构、磁鞘结构以及感应磁层动力学行为。相关成果发表于JGR、ApJ、A&A等国际期刊，累计引用10余次。该模型为理解金星空间环境结构及离子逃逸机制提供了重要理论工具，并为我国未来金星探测任务提供了重要模型基础。

2. 太阳风驱动以及火星剩磁影响下的离子逃逸机制研究

2.1 方向简介

围绕火星大气离子逃逸这一核心科学问题，以多流体模型为研究手段，系统揭示太阳风外部驱动（太阳风参数、EUV辐射）与火星地壳剩磁内部结构共同控制的火星离子逃逸物理机制，阐明火星磁层、电离层、电场与磁场拓扑结构对离子输运与逃逸的关键作用，为理解火星长期大气演化提供重要理论依据。

2.2 代表成果

（1）建立首个火星全球电场分布，揭示太阳风与EUV对离子逃逸的调控机制

基于多流体模型，团队构建了首个火星全球电场分布，系统研究太阳风驱动条件以及EUV辐射对火星空间环境结构的影响。研究表明，太阳风密度、速度以及行星际磁场变化均会显著改变火星磁层结构，从而影响离子逃逸效率；EUV辐射增强会显著提高火星电离层密度并改变昼夜输运过程，影响离子逃逸。相关成果发表于The Innovation、JGR、ApJ等期刊，累计引用30余次。

（2）揭示火星地壳剩磁对磁层结构和离子输运路径的控制作用

系统研究火星地壳剩磁对磁层结构的控制作用，发现火星南半球强剩磁结构能够改变局部磁场拓扑结构，并通过改变Hall电场和运动电场分布影响离子输运路径。相关研究还揭示了火星磁堆积边界（MPB）的离子尺度结构、磁鞘区域非对称结构，提出火星日侧looping磁场结构形成机制。相关成果发表于GRL、ApJ等期刊，累计引用40余次。

3. 发展跨行星空间环境数值模拟方法并拓展比较行星学研究

3.1 方向简介

在火星和金星空间环境研究基础上，团队进一步将研究对象拓展至水星和月球空间环境，发展跨行星空间环境数值建模方法，推动类地行星空间环境研究由单一行星模拟向比较行星学研究拓展。

3.2 代表成果

（1）建立水星全球多组分磁流体模型

水星作为距太阳最近的类地行星，磁层尺度较小、Hall效应显著，表面溅射产生的重离子对磁层结构影响重要。针对这些问题，团队建立水星全球多组分磁流体模型，系统考虑太阳风质子与表面溅射产生的钠离子组分，可自洽描述水星磁层结构、磁鞘结构及磁尾动力学过程，为研究水星磁层能量输运提供新理论工具，并为BepiColombo水星探测任务数据分析提供重要模型基础。

（2）发展三维PIC-MCC月尘动力学模型

月球表面尘埃在太阳风等离子体和光电子发射作用下会发生充电并被电场抬升，形成尘埃输运过程，对月球表面空间环境及探测设备均可能产生重要影响。针对该多物理场耦合问题，团队建立三维PIC-MCC月尘动力学模型，可自洽描述太阳风等离子体、光电子发射及尘埃充电等过程，并模拟不同太阳风条件下月尘的抬升和输运机制。该模型为理解月球尘埃动力学行为提供了新的理论工具，并将为我国嫦娥探测任务和国际月球科研站建设提供重要模型支撑。

（3）服务国家深空战略，支撑重大探月工程

承担国家自然科学基金月球与深空探测科学研究专项重点项目，支撑天问一号探测任务。面向国家深空战略需求，牵头论证ZR登月第二次任务无人探测阶段科学数据分析模型库建设，牵头论证国际月球科研站大科学工程生存防护系统，实现基础研究成果与国家重大深空工程的深度结合与应用转化。