For simulations of time-evolution problems, such as weather and climate models, taking the largest stable time-step is advantageous for reducing the wall-clock time. We propose methods for studying the effect of linear dispersive errors on the time-stepping accuracy of nonlinear problems. We demonstrate an application of this to the Rotating Shallow Water Equations (RSWEs). To begin, a nonlinear time-stepping `triadic error' metric is constructed from three-wave interactions. Stability polynomials, obtained from the oscillatory Dahlquist test equation, enable the computation of triadic errors for different time-steppers; we compare five classical schemes. We next provide test cases comparing different time-step sizes within a numerical model. The first case is of a reforming Gaussian height perturbation. This contains a nonlinear phase shift that can be missed with a large time-step. The second set of test cases initialise individual waves to allow specific triads to form. The presence of a slow transition from linear to nonlinear dynamics creates a good venue for testing how the slow phase information is replicated with a large time-step. Three models, including the finite element code Gusto, and the MetOffice's new LFRic model, are examined in these test cases with different time-steppers.


翻译:针对时间演化问题的模拟(如天气与气候模型),采用最大稳定时间步长有利于缩短计算耗时。我们提出研究线性色散误差对非线性问题时间步进精度影响的方法,并以旋转浅水方程(RSWEs)为例进行应用演示。首先,基于三波相互作用构建非线性时间步进"三元误差"指标;通过振荡型Dahlquist测试方程获取稳定性多项式,进而计算不同时间步进方案的三元误差,并比较五种经典格式。随后,我们提供数值模型中比较不同时间步长效果的测试案例。首个案例为高斯高度扰动重构过程,其中包含非线性相移,该现象在使用大步长时可能被遗漏。第二组案例通过初始化单波以形成特定三波组,从线性到非线性动力学的缓慢过渡过程为验证大步长下慢相信息复现效果提供了良好场景。本研究在三种模型中(包括有限元代码Gusto及英国气象局新型LFRic模式)结合不同时间步进格式进行测试。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15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
2+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年4月30日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
11+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15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
2+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员