This paper introduces a new algorithm to improve the accuracy of numerical phase-averaging in oscillatory, multiscale, differential equations. Phase-averaging is a timestepping method which averages a mapped variable to remove highly oscillatory linear terms from the differential equation. This retains the main contribution of fast waves on the low frequencies without explicitly resolving the rapid oscillations. However, this comes at the cost of introducing an averaging error. To offset this, we propose a modified mapping that includes a mean correction term encoding an average measure of the nonlinear interactions. This mapping was introduced in Tao (2019) for weak nonlinearity and relied on classical time-averaging, which leaves only the zero frequencies. Our algorithm instead considers mean corrected phase-averaging when 1) the nonlinearity is not weak but the linear oscillations are fast and 2) finite averaging windows are applied via a smooth kernel, which has the advantage of retaining low frequencies whilst still eliminating the fastest oscillations. In particular, we introduce a local mean correction that combines the concepts of a mean correction and finite averaging; this retains low-frequency components in the mean correction that are removed with classical time-averaging. We show that the new timestepping algorithm reduces phase errors in the mapped variable for the swinging spring ODE in various dynamical configurations. We also show accuracy improvements with a local mean correction compared to standard phase-averaging in the one-dimensional rotating shallow water equations, a useful test case for weather and climate applications.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员