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大气化学传输模拟中的离散二阶伴随。 (英语) Zbl 1144.92043号

摘要:大气化学传输模型是研究空气污染、环境政策决策、解释观测数据和进行空气质量预测的重要工具。许多空气质量研究需要进行敏感性分析,即计算模型输出对模型参数的导数。通过伴随灵敏度分析,可以有效地计算成本函数(定义在模型输出上)对大量模型参数的导数。传统的(一阶)伴随模型给出了成本函数相对于参数的梯度,二阶伴随模型以成本泛函的Hessian与向量(表示灵敏度分析中的扰动、优化中的搜索方向、特征向量等)之间的乘积的形式给出二阶导数信息。
我们讨论了离散二阶伴随灵敏度方法的数学基础,并提出了一套完整的计算工具,用于在三维大气CTM中进行二阶灵敏度研究。这些工具包括龙格-库塔(Runge-Kutta)和罗森布罗克(Rosenbrock)时间步长法的离散二阶伴随,以及有效的实现策略。数值示例说明了这些计算工具在重要应用中的使用,如灵敏度分析、优化、不确定性量化和计算三维大气CTM中最大误差增长方向。

MSC公司:

92D40型 生态学
86A10美元 气象学和大气物理学
65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法
65M99型 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法
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