氣溶膠動(dòng)力學(xué)隨機(jī)模擬算法研究.pdf

1、大氣中的可吸入顆粒物是危害人體健康的主要因素之一。近年來(lái)，隨著對(duì)氣溶膠的深入研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)微粒及超細(xì)微粒對(duì)人體健康的影響。大氣中氣溶膠顆粒物由于粒徑較小，吸附有害物質(zhì)多，逐漸成為威脅人類健康的巨大隱患。因此，系統(tǒng)地研究氣溶膠微粒演變規(guī)律具有十分重要的意義。
　　通過(guò)一般動(dòng)力學(xué)方程(GDE)研究氣溶膠動(dòng)力學(xué)為當(dāng)前的主流，但由于一般動(dòng)力學(xué)方程為一強(qiáng)非線性微積分方程，至今仍未獲得完全意義上的解析解。目前常用的研究方法包括分區(qū)法，

2、矩方法及蒙特卡洛法均有其各自的優(yōu)點(diǎn)及缺陷。使用算子分裂技術(shù)，可以得到兼顧精度和效率的算子分裂蒙特卡洛法(OperatorSplitting Monte Carlo，OSMC)。本文的研究也是基于此，并在此基礎(chǔ)上選擇權(quán)重流算法(Weighted Flow Algorithms，WFA)及Tau-Leaping算法，通過(guò)編寫Fortran程序?qū)ζ溥M(jìn)行了優(yōu)化，并將模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　首先，本文應(yīng)用權(quán)重流算法，對(duì)計(jì)算粒子賦予不同的權(quán)

3、重使之代表不同數(shù)量的實(shí)際顆粒，對(duì)氣溶膠動(dòng)力學(xué)演化較為重要的粒子進(jìn)行加密而相對(duì)不重要的粒子變疏，從而提高計(jì)算的精度。將權(quán)重流算法的模擬結(jié)果與理論解及經(jīng)典蒙特卡洛算法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了算法的正確性，并對(duì)算法方差部分進(jìn)行了理論分析。權(quán)重流算法在預(yù)測(cè)大粒徑處的粒子較蒙特卡洛算法方差更小，且得到高階矩的結(jié)果更為準(zhǔn)確。
　　接著，本文應(yīng)用Tau-Leaping算法，對(duì)OSMC進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)在運(yùn)算中“跳躍”指定的時(shí)間，以期增加其計(jì)算速度。模擬結(jié)果