在液态水中，水分子的微观结构存在多种形式是为了解释水的热力学反常性质而引入的。目前对于水分子在这些不同的微观结构之间相互转变的动力学过程并不清楚。为了研究这个问题，我们使用分子动力学模拟的方法产生了大量的液态水的实际构象(real structure)与固有构象(inherent structure)，并使用了多种局域序参量对水分子的微观结构进行刻画。我们发现，在液态水中水分子的微观结构除了已知的高密度结构和低密度结构之外，还存在一种含量较低的新的微观结构。与高密度微观结构相比，这种新的微观结构具有更高的密度和更低的四面体对称性。我们还发现，处在新的微观结构中的水分子周围会聚集大量的高密度分子，并且随着时间的延长，高密度分子会越聚愈多。这使得处在新的微观结构中的水分子看起来更像是高密度分子的一个凝聚核，这为研究水分子在高密度和低密度微观结构中的转变过程提供了非常有用的信息。　　使用分子动力学模拟方法研究多亚稳态共存的平衡问题时，由于各个亚稳态之间存在较高的自由能垒，这使得分子模拟轨迹要花费很长时间才能达到全局平衡。针对这种情况我们开发了一个新的算法，重权重非平衡系综动力学方法，来加速轨迹系综的全局平衡。使用重权重非平衡系综动力学方法，我们快速准确的重建出了Lennard-Jones系统液固共存时的平衡分布。与重权重系综动力学方法相比，新方法可以显著的缩短模拟时间。