数学 > 数值分析
[提交于 2025年4月21日
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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
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。
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