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利用蒙特卡罗模式开展闪电辐射传输模拟计算

郭俊柏  
【摘要】: 蒙特卡罗方法,也称统计模拟方法,是二十世纪四十年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明,而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。它使用随机数(或更常见的伪随机数)来解决很多计算问题。该方法回避了结构可靠度分析中的数学困难,不管状态函数是否非线性、随机变量是否非正态,只要模拟的次数足够多,就可得到一个比较精确的失效概率和可靠度指标。近年来计算闪电辐射传输的一种常见的数学方法就是利用蒙特卡罗方法。 利用蒙特卡罗方法计算辐射传输,它通过随机变量的统计实验求其近似解,它具有以下两个特点:(1)蒙特卡罗方法不受平面分层大气的限制,它可以解水平非均匀的问题,也可以解球面大气中的问题;(2)蒙特卡罗方法根本不用求解出辐射传输方程,而是模拟辐射在大气中传输的过程。它考察一个个光子在大气中传输时发生的散射、吸收,从统计角度来推算最终应有的辐射强度分布。 本文像核反应堆一样处理雷暴云,将闪电光源简化为点源,云模型考虑为三维均匀水云。一个光子从大气上界以某一角度入射,经过一段路程后,它将和云中的粒子碰撞,并以一定概率被吸收或者散射到某一方向上去,然后发生第二次、第三次、……、第N次碰撞,直至速度为零或者从云中射出。每次碰撞后,光子的散射方向(θ,φ)也是一个随机变量,和相函数p (Θ)有关。最终,模式对于给定的云模型cloud-7和相关外界环境得出了辐射强度分布。结果与William J. Koshak,Richard J. Solakiewicz等人的扩散模型结果接近一致。


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