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Learning high dimensional surrogates from mantle convection simulations.

Agarwal, Siddhant und Tosi, Nicola und Kessel, P und Breuer, Doris und Padovan, Sebastiano und Montavon, Grégoire (2020) Learning high dimensional surrogates from mantle convection simulations. In: APS Division of Fluid Dynamics 2020. 73nd Annual Meeting of the American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics, 2020-11-22 - 2020-11-24, Online.

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Offizielle URL: https://meetings.aps.org/Meeting/DFD20/Session/R01.9

Kurzfassung

Exploring the high-dimensional parameter space governing 2D or 3D mantle convection simulations is computationally challenging. Hence, surrogates are helpful. Using 10,000 simulations of Mars' thermal evolution carried out in a 2D cylindrical-shell geometry, we recently demonstrated that Neural Networks (NN) can take five key parameters (initial temperature, radial distribution of radiogenic elements, reference viscosity, pressure- and temperature-dependence of the viscosity) plus time as an additional variable, and predict the 1D horizontally-averaged temperature profile at any time during 4.5 billion years of evolution. We now extend this work and attempt to predict the entire 2D temperature field which contains more information than the 1D profile such as the structure of plumes and downwellings. First, we compress the temperature fields by a factor of 70 using a convolutional autoencoder. Then, we use NNs to predict this compressed (latent) state from five parameters (plus time). The predictions on the test set are 99.5% accurate on average. Animations of the true and predicted thermal evolutions show that the 0.5% error comes from a failure to capture small-scale structures, thereby motivating further research.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146291/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Learning high dimensional surrogates from mantle convection simulations.
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Agarwal, SiddhantSiddhant.Agarwal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0840-2114NICHT SPEZIFIZIERT
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Kessel, PTechnical University BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breuer, DorisDoris.Breuer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9019-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Padovan, SebastianoSebastiano.Padovan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8652-3704NICHT SPEZIFIZIERT
Montavon, GrégoireInstitut für Softwaretechnik und Theoretische Informatik, Technische Universität BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2020
Erschienen in:APS Division of Fluid Dynamics 2020
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mantle Convection, Machine Learning, Fluid Dynamics, Surrogate Modelling, Neural Networks
Veranstaltungstitel:73nd Annual Meeting of the American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics
Veranstaltungsort:Online
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:22 November 2020
Veranstaltungsende:24 November 2020
Veranstalter :American Physical Society
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Agarwal, Siddhant
Hinterlegt am:26 Nov 2021 12:43
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:45

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