发展并行、含时的量子反应动力学研究化学-气候相互作用中的化学反应

气候的变化是我们在21世纪面对的极其重要的社会课题之一。在化学-气候相互作用（Chemistry-Climate Interaction） 中，大气中的化学反应通过改变大气中的化学成分的平衡来影响气候的变化。在此，我们将发展最前沿的并行的（parallel）、含时(Time-dependent)量子反应动力学(Quantum Reaction Dynamics)方法来研究化学-气候相互作用中的重要的化学反应。运用含时的量子反应动力学并行计算方法研究这些重要反应的精确的反应速率常数、反应几率和生成物的分支比；并且也为化学和大气的相互作用的模型（Chemistry-Climate modeling）模拟提供准确的化学反应速率常数。所得到的动力学信息不但为我们理解这些化学反应的反应机制提供理论基础，而且将帮助我们解释这些化学反应如何改变大气组成成分，从而导致辐射吸收的变化，并最终影响气候的变化。

气候的变化是我们在21世纪面对的极其重要的社会课题之一。大气中的化学反应通过改变大气中的化学成分的平衡来影响气候的变化。本面上项目发展了最前沿的并行的（Parallel)、含时(Time-dependent)量子反应动力学方法(Quantum Reaction Dynamics)来研究化学—气候相互作用中的重要的化学反应。运用含时的量子反应动力学并行计算方法研究这些重要反应的精确的反应速率常数、反应几率。所得到的动力学信息不但为我们理解这些化学反应的反应机制提供理论基础，而且将帮助我们解释这些化学反应如何改变大气组成成分，从而导致辐射吸收的变化，并最终影响气候的变化。. 我们发展了多维的可以处理多原子体系的并行的、含时的量子动力学计算程序，并运用这个程序来研究大气中对重要的化学反应,取得了一些相当重要而且有意义的结果。2013年，对Cl + CH4 -->HCl + CH3的6维自由度的计算，得出了在大部分的能量范围内，振动能比动能对反应更有效；这和另外一个7维的量子动力学对Cl + CHD3的计算相吻合，但是却和2007年Liu的小组实验观测到的Cl + CHD3反应结果相反。由于理论和实验结果的不相符，导致Liu 这个小组重新对Cl + CHD3做了包含对所有产物振动态的测量，最终发现新的实验结果和这2个量子动力学计算结果相一致。另外我们还研究了O + CD4/CHD3反应动力学，对CD4 bending 振动模式的计算结果与Czako的准经典轨线方法计算结果相符，与实验观测相反。对F + CH4的反应动力学的研究所得到的反应速率与实验吻合的非常好。 这些反应的计算为了解大气中重要的反应反应机制提供理论基础，而且得到的结果促使量子动力学的理论和实验共同发展。. 我们还运用这个项目下发展的并行矩阵劈裂技术，对量子力学和分子力学计算方法进行并行优化，使得结合量子力学和分子力学的模拟可以在超大型计算机上进行并行运算， 运用这项技术，我们发表的在水溶剂中CH(4-n)Cln(n=2-4)+ OH- ，CH3Br + OH−这一系列反应是首次在水环境中的动力学计算。这些研究对怎样处理这些卤代机化合物对环境的污染具有重大的实际意义, 为在实际生活中处理这些环境中有危害的物质提供理论基础和依据。