多组分气溶胶输运及大气污染预测问题的高精度算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11601497
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

As a major threat to human health, atmospheric pollution is one of the most important social issues around the world. The key basis to effective implementation of air pollution prevention and control work is accurate, precise and timely air quality prediction, which is obtained by numerical simulation of aerosol transport. Due to the need of meticulous research, the computational scale increases greatly, such that there is an urgent need to establish efficient numerical algorithm for multi-component aerosol transport problems. By combining characteristic method, high order conservative interpolation, compact difference and operator splitting technique, we will develop high order conservative characteristic methods for the three-dimensional multi-component aerosol transport system that includes horizontal and vertical advection and diffusion, as well as nonlinear reaction terms. The new methods can greatly increase the computational efficiency of large scale aerosol simulation. We will also develop a software for the meticulous simulation of real ambient air pollution problems, study the impact mechanism of meteorological factors and weather processes to the heavy air pollution and provide scientific reference for air pollution prevention and control work.
大气环境污染对人类的健康和生存构成重大威胁,是世界各国面临的最重要的社会问题之一。气溶胶数值模拟作为大气污染预测的最主要手段,其准确、精细、及时的计算结果是科学有效开展大气污染防治工作的关键基础。由于精细化研究的需要,计算规模大幅提高,亟需建立和发展多组分气溶胶空间输运问题的高效数值算法。本课题将采用特征线方法、高阶精度守恒插值、紧致差分、算子分裂等技术相结合的办法,对包含水平和垂直方向对流扩散以及非线性反应项的多组分气溶胶三维空间输运系统,开发其高精度特征守恒数值解法,以实现气溶胶大规模预测的高效计算;并将研制相应的计算软件,对实际的环境空气污染问题进行精细化模拟,研究气象因素和天气过程对空气重污染问题的影响机制,为大气污染防控工作提供科学的参考。

结项摘要

大气环境污染数值模拟是科学有效开展大气污染防治工作的关键基础。本课题重点研究大气环境多组分气溶胶输运及大气污染预测问题的高精度算法、理论及应用,具有重要的科学意义和应用价值。一、我们在输运问题对流占优扩散方程的计算方法上取得重要进展,提出了求解二维对流扩散方程的时间二阶空间二阶质量守恒特征有限差分方法;二、我们在大气环境污染气溶胶输运问题数值预测研究中取得创造性成果,首次提出了用于大气环境污染输运计算的质量守恒时间二阶空间四阶特征有限体积方法 (MC-T2S4-CFVM),是在对流占优问题计算领域的重要新贡献;三、探究了污染物排放源和风力风向对大气污染分布的贡献以及气象因素对PM2.5和PM10浓度的影响。课题研究成果可应用于目前社会所需的大气环境大规模和精细化模拟预测研究,为大气污染防控工作提供有力的科技支撑。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Time Second Order Mass Conservative Characteristic FDM for Advection-Diffusion Equations in High Dimensions
高维平流扩散方程的时间二阶质量守恒特征FDM
  • DOI:
    10.1007/s10915-017-0404-0
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Scientific Computing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Fu Kai;Liang Dong
  • 通讯作者:
    Liang Dong
Application of Adjoint Data Assimilation Method to Atmospheric Aerosol Transport Problems
伴随数据同化方法在大气气溶胶输送问题中的应用
  • DOI:
    10.1155/2017/5865403
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Advances in Mathematical Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Xu Minjie;Fu Kai;Lv Xianqing
  • 通讯作者:
    Lv Xianqing
A Mass-Conservative Temporal Second Order and Spatial Fourth Order Characteristic Finite Volume Method for Atmospheric Pollution Advection Diffusion Problems
大气污染平流扩散问题的质量守恒时间二阶和空间四阶特征有限体积法
  • DOI:
    10.5194/acp-19-11559-2019
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    SIAM Journal on Scientific Computing
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Fu Kai;Liang Dong
  • 通讯作者:
    Liang Dong
A Study of the Transport of Marine Pollutants Using Adjoint Method of Data Assimilation with Method of Characteristics
数据同化伴随特征法研究海洋污染物迁移
  • DOI:
    10.1155/2018/7408263
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Advances in Mathematical Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Li Xiaona;Xu Minjie;Lv Xianqing;Fu Kai
  • 通讯作者:
    Fu Kai

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其他文献

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大气气溶胶输运问题高精度守恒并行算法研究及其在污染预测中的应用
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    12371412
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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