Windowed Fourier Methods for Overlapping Domain Approximations
Windowed Fourier Methods for Overlapping Domain Approximations
批准号:
1522639
负责人:
Rodrigo Platte
金额:
$15.0万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2015
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2015-09-15 至 2019-07-31
中文摘要
表面上的偏微分方程在许多应用中出现,包括大气研究,动物皮毛图案的演变,指纹的形成,以及流体中弹性固体的变形,仅举几例。本研究项目旨在为此类方程的数值解提供高效且精确的计算方法。该项目特别受到大气模型问题的推动,并将推进基于窗口傅立叶近似的新型数值方案的研究。目标包括设计用于在球面几何和其他表面上求解随时间变化的微分方程的算法,对此类算法的收敛性和稳定性进行严格的数学分析,实现高性能和可扩展的求解器,并为科学界提供高效,准确的软件。窗口傅里叶方法适用于自适应并行实现和大规模计算。所提出的方案依赖于区域分解,例如在立方球中,使用快速傅里叶变换进行计算。在重叠域上得到近似,并通过加权平均得到全局解。目前用于大气研究的高阶和光谱方法,如光谱元素,受到众所周知的CFL条件的限制;即空间域的节点聚类限制了时间域的离散化。窗口傅里叶方法在每个子域上使用几乎一致的节点,当使用显式方案进行时间积分时,允许更大的时间步长。对于大规模模拟,例如气候预测所需的模拟,每个时间步长都会产生大规模的通信成本。通过利用更好的节点分布、更大的时间步长和光谱精度,窗口傅里叶方案有望比目前在气候和地球动力学等关键应用中使用的方法更有效。
英文摘要
Partial differential equations on surfaces arise in many applications, including atmospheric research, evolution of coat patterns in animals, finger print formation, and deformation of elastic solids in fluids, to mention just a few. This research project aims to develop computationally efficient and accurate methods for numerical solution of such equations. The project is driven in particular by problems stemming from atmospheric models and will advance research on novel numerical schemes that are based on windowed Fourier approximations. Objectives include the design of algorithms for solving time-dependent differential equations on spherical geometries and other surfaces, the development of a rigorous mathematical analysis of convergence and stability for such algorithms, the implementation of high performance and scalable solvers, and to make efficient, accurate software available for use by the scientific community.Windowed Fourier methods are suitable for adaptive and parallel implementations and large-scale computations. The proposed schemes rely on domain decomposition, such as in the cubed sphere, with computations being carried out using fast Fourier transforms. Approximations are obtained on overlapping domains and a global solution is obtained by weighted average. Current high-order and spectral methods used in atmospheric research, such as spectral elements, are constrained by the well-known CFL condition; that is, node clustering in the space domain restricts the discretization in the time domain. Windowed Fourier methods use nearly uniform nodes on each subdomain, allowing for larger time steps when explicit schemes are used for time integration. For large-scale simulations, such as those required in climate prediction for example, each time step incurs significant communication cost at scale. By leveraging better node distributions, larger time steps and spectral accuracy, windowed Fourier schemes are expected to be more efficient than methods currently used in critical applications such as climate and geodynamics.
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RTG: Data-Oriented Mathematical and Statistical Sciences
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批准号:1502640
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$110.0万
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财政年份:2015
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负责人:Rodrigo Platte
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依托单位:
国内基金
海外基金
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基于自适应Fourier分解型方法的非高斯过程模拟研究
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批准号:LQ23A010014
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2023
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负责人:曲伟
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依托单位:
非交换Fourier-Schur乘子理论及应用
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批准号:12301161
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2023
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负责人:王斯萌
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依托单位:
自相似测度Fourier变换的衰减性研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2022
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负责人:
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依托单位:
基于解绕Fourier分解的远程心电图实时分析研究
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批准号:62106233
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:李艳婷
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依托单位:
高维Fourier 级数和Chebyshev 级数的最优截断研究
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批准号:2021JJ40331
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2021
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负责人:张晓龙
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依托单位:
尖形式Fourier系数的变号问题
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批准号:12101427
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:何晓光
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依托单位:
与Fourier积分算子、均匀化相关的调和分析问题之研究
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批准号:12071490
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项目类别:面上项目
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资助金额:51.0万元
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批准年份:2020
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负责人:宋亮
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依托单位:
弹性波多频反源问题的Fourier方法研究
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批准号:12001140
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2020
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负责人:汪贤超
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依托单位:
Fourier积分算子及相应局部光滑性猜想
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批准号:12026407
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项目类别:数学天元基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2020
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负责人:苗长兴
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依托单位:
基于背景信息的快速高精度Fourier叠层成像算法研究
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批准号:61977065
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2019
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负责人:王红霞
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依托单位: