While proper orthogonal decomposition (POD)-based surrogates are widely explored for hydrodynamic applications, the use of Koopman autoencoders for real-world coastal-ocean modelling remains relatively limited. This paper introduces a flexible Koopman autoencoder formulation that incorporates meteorological forcings and boundary conditions, and systematically compares its performance against POD-based surrogates. The Koopman autoencoder employs a learned linear temporal operator in latent space, enabling eigenvalue regularization to promote temporal stability. This strategy is evaluated alongside temporal unrolling techniques for achieving stable and accurate long-term predictions. The models are assessed on three test cases spanning distinct dynamical regimes, with prediction horizons up to one year at 30-minute temporal resolution. Across all cases, the reduced order surrogates with temporal unrolling achieve high accuracy with relative root-mean-squared-errors of 0.0068-0.14 and $R^2$-values of 0.61-0.995, where prediction errors are largest for current velocities, and smallest for water surface elevations. In two of the three cases, the Koopman Autoencoder have higher accuracy than the POD-based surrogates. Comparing to in-situ observations, the surrogate yields -0.64% to 12% increase in water surface elevation prediction error when compared to prediction errors of the physics-based model. These error levels, corresponding to a few centimeters, are acceptable for many practical applications, while inference speed-ups of 300-1400x enables workflows such as ensemble forecasting and long climate simulations for coastal-ocean modelling.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
《美国海军空域有人-无人编队能力实战计划》35页
专知会员服务
62+阅读 · 2023年12月26日
ICLR2023:通过提示学习的蛋白质多级结构预训练
专知会员服务
12+阅读 · 2023年11月26日
综述:基于进化和物理启发建模的计算蛋白设计
专知会员服务
16+阅读 · 2022年9月12日
【Manning新书】MLOps工程规模化,344页pdf
专知
24+阅读 · 2022年5月4日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
9+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
9+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
13+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关VIP内容
《美国海军空域有人-无人编队能力实战计划》35页
专知会员服务
62+阅读 · 2023年12月26日
ICLR2023:通过提示学习的蛋白质多级结构预训练
专知会员服务
12+阅读 · 2023年11月26日
综述:基于进化和物理启发建模的计算蛋白设计
专知会员服务
16+阅读 · 2022年9月12日
相关资讯
【Manning新书】MLOps工程规模化,344页pdf
专知
24+阅读 · 2022年5月4日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员