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云南天文台发展出求解辐射转移过程的新方法和计算程序-精准四肖八码,精准心水十五码,金钱豹,23582c.com

来源:未知 时间:2021-08-09 19:03 浏览:

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  辐射转移过程是天体物理研究中基本和常见的物理过程,不仅直接参与天体系统的演化,而且与观测结果直接相关,因此相关研究在理论和观测上具有重要意义。在求解辐射转移过程的各种方法中,蒙特卡罗方法是重要且应用广泛的一类数值方法。传统蒙特卡罗方法通过随机抽样模拟光子的转移过程,直到模拟光子被吸收或者逃离辐射区。远处观测者对随机接收到的光子进行统计分析,最终得到光变曲线、能谱分布等信息。传统蒙特卡罗方法的主要缺点是计算量大、统计效率低、误差比较大,这是因为大量计算用在追踪光子的传播和散射,而被追踪的光子对计算结果的贡献只有一次。如果逃逸(或被吸收)光子的方向与观测者视线方向不一致,这些光子对计算结果不会有任何贡献,但逃逸方向是通过抽样随机决定的,因而只有少量的逃逸光子能够到达观测者。因此,大量计算浪费在追踪对结果不做贡献的光子上,使得计算效率低、统计误差大。

  为克服上述缺点,科研人员提出新方法,即把蒙特卡罗方法求解辐射转移过程建立在积分方程及其诺依曼级数解的基础之上,对辐射转移过程的求解取得如下创新发展:(1)转换求解方式:辐射转移过程的求解转换为利用蒙特卡罗方法同时计算无穷多个N重积分,根据被积函数的具体形式,灵活选取不同形式的概率密度函数和权重函数计算N重积分,而传统光子追踪法采用全空间的特殊抽样函数;(2)引入记录函数:该函数连接诺依曼解与观测量,使被追踪光子的传播和散射后对观测量都有贡献,提高计算效率和精度;(3)简化计算过程:计算N重积分时,将复杂概率密度函数归为权重函数,并采用易于抽样的概率函数进行抽样计算;(4)偏振辐射:对复杂天体环境,能灵活求解偏振辐射转移过程;(5)使用拓展:该方法可以用于求解给定初始或者边界条件的任意线性微分积分方程。

  基于此,研究人员发展出一套计算平直时空背景下辐射转移过程的快速Fortran程序:Lemon(源程序网址:)。由于辐射转移本身具有并行的特性,香港开码现场开奖结果直播1,Lemon采用MPI机制实现并行计算,其计算速度快、方式灵活、精度高,具有重要的应用价值。

  近期,中国科学院云南天文台高能天体物理组科研人员基于积分方程的诺依曼(Neumann)级数解,发展出一套快速、精确求解辐射转移过程的方法和计算程序(Lemon),相关研究成果在线发表在The Astrophysical Journal Supplement Series上。

  辐射转移过程是天体物理研究中基本和常见的物理过程,不仅直接参与天体系统的演化,而且与观测结果直接相关,因此相关研究在理论和观测上具有重要意义。

  在求解辐射转移过程的各种方法中,蒙特卡罗方法是重要且应用广泛的一类数值方法。传统蒙特卡罗方法通过随机抽样模拟光子的转移过程,直到模拟光子被吸收或者逃离辐射区。远处观测者对随机接收到的光子进行统计分析,最终得到光变曲线、能谱分布等信息。传统蒙特卡罗方法的主要缺点是计算量大、统计效率低、误差比较大,这是因为大量计算用在追踪光子的传播和散射,而被追踪的光子对计算结果的贡献只有一次。如果逃逸(或被吸收)光子的方向与观测者视线方向不一致,这些光子对计算结果不会有任何贡献,但逃逸方向是通过抽样随机决定的,因而只有少量的逃逸光子能够到达观测者。因此,大量计算浪费在追踪对结果不做贡献的光子上,使得计算效率低、统计误差大。

  为克服上述缺点,科研人员提出新方法,即把蒙特卡罗方法求解辐射转移过程建立在积分方程及其诺依曼级数解的基础之上,对辐射转移过程的求解取得如下创新发展:(1)转换求解方式:辐射转移过程的求解转换为利用蒙特卡罗方法同时计算无穷多个N重积分,根据被积函数的具体形式,灵活选取不同形式的概率密度函数和权重函数计算N重积分,而传统光子追踪法采用全空间的特殊抽样函数;(2)引入记录函数:该函数连接诺依曼解与观测量,使被追踪光子的传播和散射后对观测量都有贡献,提高计算效率和精度;(3)简化计算过程:计算N重积分时,将复杂概率密度函数归为权重函数,并采用易于抽样的概率函数进行抽样计算;(4)偏振辐射:对复杂天体环境,能灵活求解偏振辐射转移过程;(5)使用拓展:该方法可以用于求解给定初始或者边界条件的任意线性微分积分方程。

  基于此,研究人员发展出一套计算平直时空背景下辐射转移过程的快速Fortran程序:Lemon(源程序网址:)。由于辐射转移本身具有并行的特性,Lemon采用MPI机制实现并行计算,其计算速度快、方式灵活、精度高,具有重要的应用价值。

(责任编辑:精准四肖八码,精准心水十五码,金钱豹,23582c.com)

 
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