Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > math > arXiv:2504.15350

帮助 | 高级搜索

数学 > 数值分析

arXiv:2504.15350 (math)
[提交于 2025年4月21日 ]

标题: 随机 Proper Orthogonal 分解用于两层准地转海洋模型的数据驱动降阶建模

标题: Randomized Proper Orthogonal Decomposition for data-driven reduced order modeling of a two-layer quasi-geostrophic ocean model

Authors:Lander Besabe, Michele Girfoglio, Annalisa Quaini, Gianluigi Rozza
摘要: 两层准地转方程(2QGE)作为一种简化模型,用于模拟风驱动的分层海洋流动。然而,由于需要高分辨率网格来捕捉广泛的湍流尺度,其数值模拟仍然计算成本高昂。当由于参数设置的不确定性等原因需要运行多次模拟时,这个问题尤为突出。 为了解决这一挑战,我们提出了一种基于数据驱动的2QGE降阶模型(ROM),该模型利用了随机化主成分分解(rPOD)和长短期记忆网络(LSTM)。 为了高效生成构建模型所需的快照数据,我们应用了一种非线性滤波稳定技术,与直接数值模拟(DNS)相比,这种方法允许使用更大的网格尺寸。 由于使用rPOD从快照矩阵中提取主导模态,我们的方法相比确定性POD实现了高达700倍的速度提升。在在线阶段,通过训练与快照相关的模态系数的LSTM网络,可以预测时间及参数依赖的模态系数,这比DNS快数十万倍。 我们通过扩展一个著名的基准测试——双涡旋风力驱动测试,来评估我们的rPOD-LSTM ROM的准确性和效率。在这个测试中,参数空间的维度从二维增加到四维。
摘要: The two-layer quasi-geostrophic equations (2QGE) serve as a simplified model for simulating wind-driven, stratified ocean flows. However, their numerical simulation remains computationally expensive due to the need for high-resolution meshes to capture a wide range of turbulent scales. This becomes especially problematic when several simulations need to be run because of, e.g., uncertainty in the parameter settings. To address this challenge, we propose a data-driven reduced order model (ROM) for the 2QGE that leverages randomized proper orthogonal decomposition (rPOD) and long short-term memory (LSTM) networks. To efficiently generate the snapshot data required for model construction, we apply a nonlinear filtering stabilization technique that allows for the use of larger mesh sizes compared to a direct numerical simulations (DNS). Thanks to the use of rPOD to extract the dominant modes from the snapshot matrices, we achieve up to 700 times speedup over the use of deterministic POD. LSTM networks are trained with the modal coefficients associated with the snapshots to enable the prediction of the time- and parameter-dependent modal coefficients during the online phase, which is hundreds of thousands of time faster than a DNS. We assess the accuracy and efficiency of our rPOD-LSTM ROM through an extension of a well-known benchmark called double-gyre wind forcing test. The dimension of the parameter space in this test is increased from two to four.
评论: 31页,11幅图
主题: 数值分析 (math.NA) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2504.15350 [math.NA]
  (或者 arXiv:2504.15350v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.15350
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Lander Besabe [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 21 日 18:00:27 UTC (18,380 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
math.NA
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-04
切换浏览方式为:
cs
cs.NA
math
physics
physics.flu-dyn

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号