變分資料同化中伴隨敏感度計算優化技術

作者：曹小群,趙艷玲,全育陽,劉柏年,郭亞楠

摘要：針對變分資料同化中目標泛函梯度計算復雜和實現困難等問題,研究了離散伴隨敏感度計算優化技術。首先通過與梯度直接計算方法的比較,說明了伴隨方程在變分資料同化中的重要作用,通過理論推導和分析展示了當分析變量維數特別巨大時伴隨敏感度計算方法在計算效率方面的顯著優勢;其次考慮到在伴隨敏感度計算中Jacobian矩陣是重要影響因素,結合大氣預報方程組離散格式分析了伴隨方程中Jacobian矩陣的稀疏性及非零元素分布特征;再次,針對變分資料同化中Jacobian矩陣的稀疏性給出了一種壓縮存儲策略;最后利用有向無環圖對函數計算、切線性和伴隨計算過程進行了表示,通過示例說明了基于計算圖頂點消除的伴隨代碼優化技術,采用頂點消除方法對四維變分資料同化極小化過程中調用的熱點伴隨程序進行優化改進后,將大大減小計算量。

發文機構：國防科技大學氣象海洋學院 中國人民解放軍31010部隊 中國人民解放軍92962部隊

關鍵詞：資料同化離散伴隨方法最優化敏感度計算Jacobian矩陣Data AssimilationDiscrete Adjoint MethodOptimizationSensitivity ComputationJacobian Matrix

分類號： TP3[自動化與計算機技術—計算機科學與技術]