Fast and Accurate Computation of Vertical Modes
Fast and Accurate Computation of Vertical Modes
复制标题
快速、准确地计算垂直模态
DOI：
10.1029/2019ms001939
复制
发表时间：
2020
影响因子：
6.8
通讯作者：
Smith, K. Shafer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Early, Jeffrey J.;Lelong, M. Pascale;Smith, K. Shafer
线性化运动方程的垂直模态被海洋学界广泛应用于许多理论和观测环境中。然而，使用二阶有限差分矩阵解决广义特征值问题的标准方法除了对少数最低模态外都会产生误差，并且随着特征值算法的计算复杂度的增加，快速增加分辨率变得太慢。因此，现有的方法不足以计算内波的全谱，例如初始化具有全内波谱的数值模型。在这里，我们证明了在拉伸坐标中重写特征值问题并投影到切比雪夫多项式上的结果比有限差分在计算成本的一小部分上得到了更精确的模态。我们也用同样的方法计算了表面准等转模态。所有的光谱和有限差分算法都可以在一套Matlab类中使用，这些类已经在常数和指数分层中针对已知的解析解进行了验证。
The vertical modes of linearized equations of motion are widely used by the oceanographic community in numerous theoretical and observational contexts. However, the standard approach for solving the generalized eigenvalue problem using second‐order finite difference matrices produces errors for all but the few lowest modes, and increasing resolution quickly becomes too slow as the computational complexity of eigenvalue algorithms increases as . Existing methods are therefore inadequate for computing a full spectrum of internal waves, such as needed for initializing a numerical model with a full internal wave spectrum. Here we show that rewriting the eigenvalue problem in stretched coordinates and projecting onto Chebyshev polynomials results in substantially more accurate modes than finite differencing at a fraction of the computational cost. We also compute the surface quasigeostrophic modes using the same methods. All spectral and finite difference algorithms are made available in a suite of Matlab classes that have been validated against known analytical solutions in constant and exponential stratification.
登录
查看更多内容
DOI：
10.1137/1.9781611973525
发表时间：
2014-09
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
J. Boyd
通讯作者：
J. Boyd
使用平滑样条曲线对噪声 GPS 数据进行平滑和插值
影响因子：
2.2
作者：
Early, Jeffrey J.;Sykulski, Adam M.
通讯作者：
Sykulski, Adam M.
内波与波相互作用。第一部分：内波垂直发散的作用。
DOI：
--
发表时间：
1999
期刊：
影响因子：
--
作者：
Hai;E. Kunze
通讯作者：
E. Kunze
DOI：
--
发表时间：
1997
期刊：
影响因子：
--
作者：
K. Winters;E. D’Asaro
通讯作者：
E. D’Asaro
DOI：
--
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. Dunphy
通讯作者：
M. Dunphy