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基于状态观测映射的数据同化中自适应协方差调整的图聚类定位方法。 (英语) Zbl 1477.86018号

摘要:在集合-变分数据同化框架内,提出了一种用于有效定位误差协方差的原始图聚类方法。这里,定位术语非常通用,指的是将全局同化分解为子问题的思想。这种基于线性化状态观测测度的无监督定位技术是通用的,不依赖任何先验信息,例如相关空间尺度、经验截止半径或同质性假设。定位是通过图论进行的,图论是数学的一个分支,是计算地球科学中捕捉复杂且高度互联的地球和环境系统的有力方法。这种新方法自动将状态变量和观测变量分离到最佳数量的簇中,更适合于可扩展的数据同化。该方法的应用不需要先验协方差矩阵的基本块对角结构。为了解决集群间的连接性问题,提出了两种可选的数据自适应方法。定位完成后,将在每个簇内执行协方差诊断和调整,其贡献将依次集成到整个协方差矩阵中。数值双实验测试表明,与全局协方差调整相比,该方法降低了成本,增加了灵活性,并且对于观测和背景误差参数调谐都产生了更准确的结果。

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86A22型 地球物理学中的反问题
86A32型 地理统计学
68T05年 人工智能中的学习和自适应系统

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参考文献:

[1] 阿库奇,R。;莫特特,L。;疼痛,C。;Guo,Y-K,变分数据同化的最优约化空间,计算物理杂志,379,51-69(2018)·Zbl 07581563号 ·doi:10.1016/j.jcp.2018.10.042
[2] Blayo E,Marc B,Emmanuel C(2012)《地球科学的高级数据同化:Les Houches物理学院的讲稿:特刊》。牛津奖学金在线·Zbl 1303.86001号
[3] 弗吉尼亚州布隆德尔;纪尧姆,J-L;兰比奥特,R。;Lefebvre,E.,《大型网络中社区的快速发展》,J Stat Mech Theory Exp,2008,10,P10008(2008)·Zbl 1459.91130号 ·doi:10.1088/1742-5468/2008/10/P10008
[4] Browet A,Van Dooren P(2014)角色模型提取的低库相似性度量。2014年7月7日至11日,第21届网络与系统数学理论国际研讨会。荷兰格罗宁根
[5] 卡拉西。;博奎特,M。;贝尔蒂诺,L。;Evensen,G.,《地球科学中的数据同化:方法、问题和观点概述》,Wiley Interdiscip Rev Clim Change,9,5,e535(2018)·文件编号:10.1002/wcc.535
[6] 卡萨斯,CQ;阿库奇,R。;吴,P。;疼痛,C。;Guo,Y-K,A降阶深层数据同化模型,Physica D,412132615(2020)·doi:10.1016/j.physd.2020.132615
[7] 卡斯特罗诺娃,AM;Goodall,JL,《基于层次网络的多尺度流域划分算法》,《计算地球科学》,72,156-166(2014)·doi:10.1016/j.cageo.2014.07.014
[8] 查博特,V。;诺德,M。;北帕帕达基斯。;Vidard,A.,《解释图像数据同化中的观测误差》,Tellus A Dyn Meteorol Oceanogr,67,1,23629(2015)·doi:10.3402/tellusa.v67.23629
[9] 查普尼克,B。;Desroziers,G。;Rabier,F。;Talagrand,O.,变分同化中误差统计校正方法的性质和首次应用,Q J R Meteorol Soc,130,2253-2275(2004)·doi:10.1256/qj.03.26
[10] Cheng S(2020)工业应用数据同化中的误差协方差规范和定位。法国巴黎萨克利大学博士论文
[11] Cheng,S。;阿尔高,J-P;Iooss,B。;Lucor,D。;Ponçot,A.,数据同化中使用不变观测措施的背景误差协方差迭代更新,Stoch Environ Res风险评估,33,11,2033-2051(2019)·doi:10.1007/s00477-019-01743-6
[12] Cheng S,Argaud J-P,Iooss B,Lucor D,Ponçot A(2021)变分数据同化中的误差协方差调整:应用于运行水文模型。斯托克环境研究风险评估35:1019-1038
[13] Cheng S,Arcucci R,Pain CC,Guo Y-K(2021)基于实时更新动态社会网络的新型冠状病毒最佳接种策略。arXiv:2103.00485
[14] 克利福德,S。;Toth,公吨;Busa-Fekete,R.,GraphClus,一个使用图论进行聚类分析的MATLAB程序,《计算地质学》,35,6,1205-1213(2009)·doi:10.1016/j.cageo.2008.05.007
[15] 科珀史密斯,D。;Winograd,S.,《通过算术级数进行矩阵乘法》,《符号计算杂志》,9,3,251-280(1990)·兹比尔0702.65046 ·doi:10.1016/S0747-7171(08)80013-2
[16] Cuthill E,McKee J(1969)减少稀疏对称矩阵的带宽。1969年第24届全国会议记录,第69卷,第157-172页,美国纽约
[17] Desroziers,G。;Ivanov,S.,变分同化中观测误差参数的诊断和自适应调整,Q J R Meteorol Soc,1271433-1452(2001)·doi:10.1002/qj.49712757417
[18] Desroziers,G。;Berre,L。;查普尼克,B。;Poli,P.,《观测诊断、背景和观测空间分析误差统计》,Q J R Meteorol Soc,1313385-3396(2005)·doi:10.1256/qj.05.108
[19] Dreano,D。;坦迪欧,P。;Pulido,M。;Ait-El-Fquih,B。;Chonavel,T。;Hoteit,I.,使用卡尔曼平滑和期望最大化算法估计非线性状态空间模型中的模型误差协方差,Q J R Meteorol Soc,143,705,1877-1885(2017)·doi:10.1002/qj.3048
[20] Evensen,G.,使用蒙特卡罗方法预测误差统计的非线性准营养模型的序贯数据同化,Geophys Res Oceans杂志,99,C5,10143-10162(1994)·doi:10.1029/94JC00572
[21] 法奇,A。;Bocquet,M.,关于使用增强集合的集合卡尔曼滤波器协方差定位的效率,Front Appl Math Stat,5,3(2019)·doi:10.3389/fams.2019.0003
[22] Fortunato,S.,《图形中的社区检测》,Phys Rep,486,3,75-174(2010)·doi:10.1016/j.physrep.2009.11.002
[23] 加兰德,L。;海利特,S。;Buehner,M.,《与空气辐射观测相关的通道间误差相关性:数据同化中的推断和影响》,《应用气象气候杂志》,46,6,714-725(2007)·doi:10.1175/JAM2496.1
[24] Gaspari,G。;科恩,ES,二维和三维相关函数的构造,Q J R Meteorol Soc,125723-757(1999)·doi:10.1002/qj.49712555417
[25] Gerke,M.,《使用水平和垂直建筑结构限制间接传感器定向》,《摄影遥感杂志》,66,307-316(2011)·doi:10.1016/j.isprsjprs.2010.11.002
[26] 龚H,于毅,李清(2020a)通过稳定的Gappy本征正交分解法检测和估计反应堆功率分布。Nucl工程设计370:110833
[27] 龚H,于Y,李清,权C(2020b)核芯模拟中3D-Var数据同化的一个基于反演的拟合项。Ann Nucl能源公司141:107346
[28] 灰布什,SJ;Kalnay,E。;三好,T。;Ide,K。;亨特,BR,《平衡与集合卡尔曼滤波器定位技术》,《Mon Weather Rev》,第139、2、511-522页(2011年)·doi:10.1175/2010MWR3328.1
[29] Gueuning,M。;Cheng,S。;兰比奥特,R。;Delvenne,J-C,基于时间复用网络随机游动的岩石-岩石-剪刀动力学,J Complex Netw,8,2,cnz027(2019)·Zbl 1473.90028号 ·doi:10.1093/comnet/cnz027
[30] Hastie T、Tibshirani R、Friedman J(2001)《统计学习的要素》,《统计学中的斯普林格系列》第1卷。施普林格,纽约·Zbl 0973.62007号
[31] Hoffman R、Ardizzone V、J、Leidner S、Smith D、Atlas R(2013)《海面风的误差估计:将解冻诊断应用于风速的交叉校准多平台分析》。大气海洋技术杂志30(11):2596-2603
[32] 伊勒,A-T;Kirshner,S。;吉尔,M。;罗伯逊,A。;Smyth,P.,统计推断和数据同化的图形模型,Physica D,230,72-87(2005)·Zbl 1113.62117号 ·doi:10.1016/j.physd.2006.08.023
[33] Jafarpour,B。;Khodabakhshi,M.,将非线性流量数据集成到多点统计相模拟中的概率条件方法(PCM),Math Geosci,43133-164(2011)·Zbl 1207.86010号 ·doi:10.1007/s11004-011-9316-y
[34] Joo H,Lee M,Kim J,Jung J,Kwak J,Kim HS(2021)使用社区检测的流量计量网络分组分析。斯托克环境研究风险评估35(4):781-795
[35] Ketchen,DJ;肖克,CL,《聚类分析在战略管理研究中的应用:分析与批判》,Strateg Manag J,17,6,441-458(1996)·doi:10.1002/(SICI)1097-0266(199606)17:6<441::AID-SMJ819>3.0.CO;2克
[36] Kumar,D.,显示非高斯特征的水库模型中非线性相关动态数据的基于集合的同化,《数学地质》,51,75-107(2018)·Zbl 1406.86022号 ·doi:10.1007/s11004-018-9762-x
[37] 库马尔,D。;Srinivasan,S.,《基于指标的数据同化与多点统计,用于更新具有非高斯参数分布的模型集合》,Adv Water Resour,141103611(2020)·doi:10.1016/j.advwatres.2020.103611
[38] Lucor,D。;Le Maêtre,OP,《采用自适应参数推断的心血管建模》,ESAIM Proc Surv,62,91-107(2018)·Zbl 1406.92138号 ·doi:10.1051/proc/201862091
[39] Parés F、Gasulla DG、Villata A、Moreno J、AyguadéE、Labarta J、Cortés U、Suzumura T(2018)《流体社区:一种竞争性、可扩展性和多样性的社区检测算法》。In:复杂网络及其应用VI.Springer,Cham,pp 229-240
[40] 菲利普斯,J。;施瓦恩哈特,W。;Heckmann,T.,《地球科学中的图论》,地球科学评论,143,147-160(2015)·doi:10.1016/j.earscirev.2015.02.002
[41] Ponçot,A。;阿尔高,J-P;Bouriquet,B。;Erhard,P。;格拉顿,S。;Thual,O.,《利用先进背景误差协方差矩阵进行中子氙动力学预测的变分同化》,Ann Nucl Energy,60,39-50(2013)·doi:10.1016/j.anucene.2013年4月26日
[42] Rochoux,M。;科林,A。;张,C。;特鲁韦,A。;Lucor,D。;Moireau,P.,Eikonal方程面向形状的敏感性分析和数据同化的前端形状相似性测量,ESAIM ProcS,63,258-279(2018)·Zbl 07007381号 ·doi:10.1051/proc/201863258
[43] 三都。;Cheng,H.,《数据同化的误差子空间观点》,《国际不确定量》,5,6,491-510(2015)·兹比尔1498.62177 ·doi:10.1615/国际不确定性定量杂志.2015009880
[44] Schirber,S。;Klocke,D。;平卡斯,R。;夸斯,J。;Anderson,JL,《利用大气环流模式中的数据同化进行参数估计:从完美走向现实》,J Adv model Earth Syst,5,1,58-70(2013)·doi:10.1029/2012MS000167
[45] 斯图尔特,LM;舞蹈,SL;Nichols,NK,《相关观测误差的数据同化:一维浅水模型实验》,Tellus a Dyn Meteorol Oceanogr,65,119546(2013)·doi:10.3402/tellusa.v65i0.19546
[46] Talagrand O(1998)分析和同化算法的后验评估和验证。In:数据同化系统诊断研讨会。瑞丁新菲尔德公园,第17-28页
[47] Tibshirani,R。;Walther,G。;Hastie,T.,通过间隙统计估计数据集中的簇数,J R Stat Soc B,63,411-423(2001)·兹比尔0979.62046 ·数字对象标识代码:10.1111/1467-9868.00293
[48] van Leeuwen,PJ,数据同化中的非局部观测和信息传输,Front Appl Math Stat,5,48(2019)·doi:10.3389/fams.2019.00048
[49] Vo,H。;Durlowsky,L.,基于主成分分析的复杂地质模型低维表示的新可微参数化,《数学地质》,46,775-813(2014)·Zbl 1323.86048号 ·doi:10.1007/s11004-014-9541-2
[50] JA沃勒;Simonin,D。;舞蹈,SL;尼科尔斯,NK;Ballard,SP,使用观测-背景减分和观测-分析统计数据诊断气象局UKV模型中多普勒雷达径向风的观测误差相关性,《Mon Weather Rev》,144,10,3533-3551(2016)·doi:10.175/MWR-D-15-0340.1
[51] JA沃勒;舞蹈,SL;Nichols,NK,《利用局部集合数据同化诊断观测误差统计》,Q J R Meteorol Soc,143,708,2677-2686(2017)·doi:10.1002/qj.3117
[52] 王,S。;杨,X。;李,L。;Nadler,P。;阿库奇,R。;黄,Y。;滕,Z。;Guo,Y.,《大流行的贝叶斯更新方案:估计新型冠状病毒的感染动态》,IEEE Compute Intell Mag,15,4,23-33(2020)·doi:10.1109/MCI.2020.3019874
[53] 韦弗,A。;Courtier,P.,使用广义扩散方程对球体进行相关建模,Q J R Meteorol Soc,127,575,1815-1846(2001)·doi:10.1002/qj.49712757518
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