We aim to reconstruct the latent space dynamics of high dimensional, quasi-stationary systems using model order reduction via the spectral proper orthogonal decomposition (SPOD). The proposed method is based on three fundamental steps: in the first, once that the mean flow field has been subtracted from the realizations (also referred to as snapshots), we compress the data from a high-dimensional representation to a lower dimensional one by constructing the SPOD latent space; in the second, we build the time-dependent coefficients by projecting the snapshots containing the fluctuations onto the SPOD basis and we learn their evolution in time with the aid of recurrent neural networks; in the third, we reconstruct the high-dimensional data from the learnt lower-dimensional representation. The proposed method is demonstrated on two different test cases, namely, a compressible jet flow, and a geophysical problem known as the Madden-Julian Oscillation. An extensive comparison between SPOD and the equivalent POD-based counterpart is provided and differences between the two approaches are highlighted. The numerical results suggest that the proposed model is able to provide low rank predictions of complex statistically stationary data and to provide insights into the evolution of phenomena characterized by specific range of frequencies. The comparison between POD and SPOD surrogate strategies highlights the need for further work on the characterization of the interplay of error between data reduction techniques and neural network forecasts.


翻译:我们的目标是利用光谱正正正心分解(SPOD),利用光谱正正心分解(SPOD),重建高维准静止系统的潜在空间动态。拟议方法基于三个基本步骤:首先,一旦从实现中减去平均流场(也称为快照),我们通过建造SPOD潜地空间,将数据从高维代表面压缩到低维代表面;第二,我们通过预测含有波动的光谱显示SPOD基础的光谱,来建立基于时间的系数,并随着经常性神经网络的帮助,我们及时了解其演变;第三,我们从所学的低维代表面代表面重建高维数据。拟议方法在两个不同的测试案例中,即可压缩的喷气流和被称为Madden-Julan Oscillation的地球物理问题,我们广泛比较了SPOD和相应的POD基对等对等对等对等方,并着重指出了两种方法之间的差异。数字结果表明,拟议的模型能够通过对复杂的统计系统变异性预测的频率战略提供低级预测。

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