Data assimilation techniques are widely used to predict complex dynamical systems with uncertainties, based on time-series observation data. Error covariance matrices modelling is an important element in data assimilation algorithms which can considerably impact the forecasting accuracy. The estimation of these covariances, which usually relies on empirical assumptions and physical constraints, is often imprecise and computationally expensive especially for systems of large dimension. In this work, we propose a data-driven approach based on long short term memory (LSTM) recurrent neural networks (RNN) to improve both the accuracy and the efficiency of observation covariance specification in data assimilation for dynamical systems. Learning the covariance matrix from observed/simulated time-series data, the proposed approach does not require any knowledge or assumption about prior error distribution, unlike classical posterior tuning methods. We have compared the novel approach with two state-of-the-art covariance tuning algorithms, namely DI01 and D05, first in a Lorenz dynamical system and then in a 2D shallow water twin experiments framework with different covariance parameterization using ensemble assimilation. This novel method shows significant advantages in observation covariance specification, assimilation accuracy and computational efficiency.


翻译:根据时间序列观测数据,数据同化技术被广泛用于预测具有不确定性的复杂动态系统; 错误共变矩阵模型是数据同化算法中的一个重要要素,可以对预测准确性产生重大影响; 这些共变法通常依赖经验假设和物理限制,对这些共变法的估计往往不精确,而且计算费用昂贵,特别是对于大维系统。在这项工作中,我们提议以长期短期内存(LSTM)经常神经网络(RNN)为基础的数据驱动方法,以提高动态系统数据同化数据同化的观测共变规格的准确性和效率。从观测/模拟的时间序列数据中学习常变式矩阵,拟议方法不需要对先前错误分布的任何了解或假设,而不像古典的外表调整方法。我们把新办法与两种最先进的共变法调算算法(即DI01和D05)相比较,首先在Lorenz动态系统中,然后在2D浅水双实验框架中,利用感应感应同化的不同共变度参数化法,这种新方法显示了观测共变法的精确性和同化方法的重大优点。

0
下载
关闭预览

相关内容

Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Linguistically Regularized LSTMs for Sentiment Classification
黑龙江大学自然语言处理实验室
8+阅读 · 2018年5月4日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
Arxiv
0+阅读 · 2022年1月15日
Arxiv
0+阅读 · 2022年1月14日
Memory-Gated Recurrent Networks
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月24日
Arxiv
3+阅读 · 2018年10月25日
Arxiv
3+阅读 · 2014年10月9日
VIP会员
相关VIP内容
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Linguistically Regularized LSTMs for Sentiment Classification
黑龙江大学自然语言处理实验室
8+阅读 · 2018年5月4日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员