非線性大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組數(shù)值解法的比較

doi:10.3969/2012jms.00**

首頁(yè) > 過(guò)刊瀏覽>2010年第卷第4期 >427-437. DOI:10.3969/2012jms.00**

非線性大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組數(shù)值解法的比較
DOI:
                        10.3969/2012jms.00**
                    
CSTR:
                        
                    
作者:
                        
                        
                    
作者單位:
作者簡(jiǎn)介:
通訊作者:
中圖分類號(hào):P421.2
基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2010CB428503，2006CB403706），氣象行業(yè)專項(xiàng)（GYHY200806001-1），國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（2007AA06A408，2006AA06A307）

The comparison of numerical schemes for nonlinear atmospheric chemical kinetic equations

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訪問(wèn)統(tǒng)計(jì)

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摘要:

大氣化學(xué)模式中描述化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的是一組高度耦合、剛性、非線性的常微分方程組,高效精確的計(jì)算方法在空氣質(zhì)量模擬預(yù)測(cè)、氣候化學(xué)相互作用研究中尤為重要。本文介紹了求解此類非線性常微分方程組(ODEs)的七種常見(jiàn)的數(shù)值計(jì)算方法,包括QSSA、MQSSA、HYBRID、MHYBRID、LSODE、Gong & Cho以及TWOSTEP方法,并基于同一反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行24 h的數(shù)值模擬,通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的討論分析,比較了各種方法的優(yōu)劣。研究結(jié)果表明,就計(jì)算效率而言, QSSA方法最為省時(shí)。就計(jì)算精度而言,LSODE方法最優(yōu)。若綜合考慮計(jì)算精度和效率，HYBRID、MHYBRID是比較適中的數(shù)值解法。

Abstract:

The chemical reactions in atmospheric chemistry models are described by a group of highly coupled, stiff and non-linear ordinary differential equations (ODEs), to which a high-accuracy and fast numerical method is particularly important. In this paper, we present and compare the results of several methods, including QSSA, MQSSA, HYBRID, MHYBRID, LSODE, Gong & Cho and TWOSTEP by a 24 h numerical simulation using the same chemical mechanism. Among all those methods, QSSA, TWOSTEP, MHYBRID, HYBRID and MQSSA are relatively faster than LSODE and Gong & Cho, while LSODE is the best in terms of accuracy and QSSA costs the least amount of cup-time. In balance, we recommend HYBRID and MHYBRID to be the better choices with satisfactory performance in both precision and efficiency.

參考文獻(xiàn)

相似文獻(xiàn)

引證文獻(xiàn)

引用本文

張欣,王體健,沈凡卉,趙雨舟.非線性大氣化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組數(shù)值解法的比較.氣象科學(xué),2010,(4):427-437 Zhang Xin, Wang Tijian, Shen Fanhui, Zhao Yuzhou. The comparison of numerical schemes for nonlinear atmospheric chemical kinetic equations. Journal of the Meteorological Sciences,2010,(4):427-437

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