Reduced order models (ROMs) are computational models whose dimension is significantly lower than those obtained through classical numerical discretizations (e.g., finite element, finite difference, finite volume, or spectral methods). Thus, ROMs have been used to accelerate numerical simulations of many query problems, e.g., uncertainty quantification, control, and shape optimization. Projection-based ROMs have been particularly successful in the numerical simulation of fluid flows. In this brief survey, we summarize some recent ROM developments for the quasi-geostrophic equations (QGE) (also known as the barotropic vorticity equations), which are a simplified model for geophysical flows in which rotation plays a central role, such as wind-driven ocean circulation in mid-latitude ocean basins. Since the QGE represent a practical compromise between efficient numerical simulations of ocean flows and accurate representations of large scale ocean dynamics, these equations have often been used in the testing of new numerical methods for ocean flows. ROMs have also been tested on the QGE for various settings in order to understand their potential in efficient numerical simulations of ocean flows. In this paper, we survey the ROMs developed for the QGE in order to understand their potential in efficient numerical simulations of more complex ocean flows: We explain how classical numerical methods for the QGE are used to generate the ROM basis functions, we outline the main steps in the construction of projection-based ROMs (with a particular focus on the under-resolved regime, when the closure problem needs to be addressed), we illustrate the ROMs in the numerical simulation of the QGE for various settings, and we present several potential future research avenues in the ROM exploration of the QGE and more complex models of geophysical flows.


翻译:降序模型(ROMs)是计算模型,其尺寸大大低于通过典型数字离散(例如,有限元素、有限差异、有限体积或光谱方法)获得的模型,因此,已使用ROM加速对许多问题进行数字模拟,例如不确定性量化、控制和形状优化;基于投影的ROM特别成功地模拟流体流的数字模拟;在本次简要调查中,我们总结了准地质营养方程(也称为巴氏变异方程式)的近期ROM发展动态,这是地球物理流动的一种简化的模拟模型,其中轮换起着核心作用,例如风驱动海洋在中纬度海盆中循环。由于QGE代表了海洋流动高效数字模拟与大规模海洋动态准确表述之间的实际妥协,这些方程常常用于测试海洋流动的新数字方法(在对各种环境进行测试时,也用QGE模型测试了各种环境,以了解其潜在潜力,在对GE流进行特定数字模拟时,我们用QLO的关闭过程,我们用在对海洋流动进行特定的数值模拟中,我们用数字流的模型来解释。

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