The development of surrogate models to study uncertainties in hydrologic systems requires significant effort in the development of sampling strategies and forward model simulations. Furthermore, in applications where prediction time is critical, such as prediction of hurricane storm surge, the predictions of system response and uncertainties can be required within short time frames. Here, we develop an efficient stochastic shallow water model to address these issues. To discretize the physical and probability spaces we use a Stochastic Galerkin method and a Incremental Pressure Correction scheme to advance the solution in time. To overcome discrete stability issues, we propose cross-mode stabilization methods which employs existing stabilization methods in the probability space by adding stabilization terms to every stochastic mode in a modes-coupled way. We extensively verify the developed method for both idealized shallow water test cases and hindcasting of past hurricanes. We subsequently use the developed and verified method to perform a comprehensive statistical analysis of the established shallow water surrogate models. Finally, we propose a predictor for hurricane storm surge under uncertain wind drag coefficients and demonstrate its effectivity for Hurricanes Ike and Harvey.


翻译:开发替代模型以研究水文系统的不确定性,需要大力制定取样战略和前方模型模拟。此外,在预测时间至关重要的应用中,如预测风暴潮等,可能需要在短时间内预测系统反应和不确定性。在这里,我们开发一个高效的随机浅水模型来解决这些问题。为了将物理空间和概率空间分解,我们使用斯托切斯蒂·加勒金方法和递增压力校正计划来及时推进解决方案。为了克服离散的稳定问题,我们提出跨模式稳定化方法,在概率空间利用现有的稳定化方法,以混合方式将稳定化条件添加到每一种随机模式中。我们广泛核查理想化浅水试验案例和对过去飓风进行补差的开发方法。我们随后使用开发并核实的方法对既定浅水代管模型进行全面统计分析。最后,我们提出在不确定的风阻系数下预测飓风风暴潮,并展示飓风艾克和哈维的效应。

0
下载
关闭预览

相关内容

Surge 是 iOS 与 macOS 平台上的 Web 开发人员工具与代理实用程序。 Surge - Advanced Web Debugging Proxy for Mac & iOS
【ICDM 2022教程】图挖掘中的公平性:度量、算法和应用
专知会员服务
26+阅读 · 2022年12月26日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16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
99+阅读 · 2019年10月9日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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
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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年2月25日
VIP会员
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
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
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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008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