Ensemble Kalman Filters Part 1: The basics

Hasonló dokumentumok
Construction of a cube given with its centre and a sideline

First experiences with Gd fuel assemblies in. Tamás Parkó, Botond Beliczai AER Symposium

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet Factor Analysis

Statistical Inference

Performance Modeling of Intelligent Car Parking Systems

Correlation & Linear Regression in SPSS

Computer Architecture

Cluster Analysis. Potyó László

Supporting Information

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet Nonparametric Tests

EN United in diversity EN A8-0206/419. Amendment

7 th Iron Smelting Symposium 2010, Holland

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Nonparametric Tests. Petra Petrovics.

Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba 2015/2016 tavasz

On The Number Of Slim Semimodular Lattices

STUDENT LOGBOOK. 1 week general practice course for the 6 th year medical students SEMMELWEIS EGYETEM. Name of the student:

Csima Judit április 9.

A modern e-learning lehetőségei a tűzoltók oktatásának fejlesztésében. Dicse Jenő üzletfejlesztési igazgató

Budapest By Vince Kiado, Klösz György

Smaller Pleasures. Apróbb örömök. Keleti lakk tárgyak Répás János Sándor mûhelyébõl Lacquerware from the workshop of Répás János Sándor

Angol Középfokú Nyelvvizsgázók Bibliája: Nyelvtani összefoglalás, 30 kidolgozott szóbeli tétel, esszé és minta levelek + rendhagyó igék jelentéssel

már mindenben úgy kell eljárnunk, mint bármilyen viaszveszejtéses öntés esetén. A kapott öntvény kidolgozásánál még mindig van lehetőségünk

Genome 373: Hidden Markov Models I. Doug Fowler

Phenotype. Genotype. It is like any other experiment! What is a bioinformatics experiment? Remember the Goal. Infectious Disease Paradigm

Mapping Sequencing Reads to a Reference Genome

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. Gyakorlat - Mintavételezés, DT-LTI rendszermodellek

A logaritmikus legkisebb négyzetek módszerének karakterizációi

A rosszindulatú daganatos halálozás változása 1975 és 2001 között Magyarországon

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN GEOGRAPHY

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. A rendszer- és irányításelmélet legfontosabb részterületei. Hangos Katalin. Budapest

2. Local communities involved in landscape architecture in Óbuda

Utolsó frissítés / Last update: február Szerkesztő / Editor: Csatlós Árpádné

TestLine - Angol teszt Minta feladatsor


Minta ANGOL NYELV KÖZÉPSZINT SZÓBELI VIZSGA II. Minta VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY

EN United in diversity EN A8-0206/473. Amendment

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN MATHEMATICS

Dependency preservation

Vizsgáztatás multimédia eszközökkel

Néhány folyóiratkereső rendszer felsorolása és példa segítségével vázlatos bemutatása Sasvári Péter

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN

ANGOL NYELV KÖZÉPSZINT SZÓBELI VIZSGA I. VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY

Kvantum-informatika és kommunikáció 2015/2016 ősz. A kvantuminformatika jelölésrendszere szeptember 11.

Utolsó frissítés / Last update: Szeptember / September Szerkesztő / Editor: Csatlós Árpádné

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Correlation & Linear. Petra Petrovics.

Cashback 2015 Deposit Promotion teljes szabályzat

Word and Polygon List for Obtuse Triangular Billiards II

Correlation & Linear Regression in SPSS

Mezőgazdasági gépesítési tanulmányok Agricultural Engineering Research MŰANYAG CSOMAGOLÓ- ÉS TAKARÓ FÓLIÁK REOLÓGIAI VIZSGÁLATA

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN GEOGRAPHY

(Asking for permission) (-hatok/-hetek?; Szabad ni? Lehet ni?) Az engedélykérés kifejezésére a következő segédigéket használhatjuk: vagy vagy vagy

Szundikáló macska Sleeping kitty

USER MANUAL Guest user

2 level 3 innovation tiles. 3 level 2 innovation tiles. 3 level 1 innovation tiles. 2 tribe pawns of each color. 3 height 3 tribe pawns.

Using the CW-Net in a user defined IP network

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN

Efficient symmetric key private authentication

General information for the participants of the GTG Budapest, 2017 meeting

Eladni könnyedén? Oracle Sales Cloud. Horváth Tünde Principal Sales Consultant március 23.

Széchenyi István Egyetem

Adatbázisok 1. Rekurzió a Datalogban és SQL-99

T Á J É K O Z T A T Ó. A 1108INT számú nyomtatvány a webcímen a Letöltések Nyomtatványkitöltő programok fülön érhető el.

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN

Társasjáték az Instant Tanulókártya csomagokhoz

OLYMPICS! SUMMER CAMP

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Hypothesis Testing. Petra Petrovics.

(NGB_TA024_1) MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV

Formula Sound árlista

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN MATHEMATICS

Klaszterezés, 2. rész

SQL/PSM kurzorok rész

Intézményi IKI Gazdasági Nyelvi Vizsga

ANGOL NYELV KÖZÉPSZINT SZÓBELI VIZSGA I. VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY

ANGOL NYELVI SZINTFELMÉRŐ 2013 A CSOPORT. on of for from in by with up to at

discosnp demo - Peterlongo Pierre 1 DISCOSNP++: Live demo

Újraszabni Európa egészségügyét II. rész

AZ ERDÕ NÖVEKEDÉSÉNEK VIZSGÁLATA TÉRINFORMATIKAI ÉS FOTOGRAMMETRIAI MÓDSZEREKKEL KARSZTOS MINTATERÜLETEN

Hulladéklerakók és környezetük állapotfelmérése geofizikai módszereinek fejlesztése

Szakértők és emberek. German Health Team Prof. Armin Nassehi Dr. Demszky Alma LMU München

Tudományos Ismeretterjesztő Társulat

KELET-ÁZSIAI DUPLANÁDAS HANGSZEREK ÉS A HICHIRIKI HASZNÁLATA A 20. SZÁZADI ÉS A KORTÁRS ZENÉBEN

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN

Unification of functional renormalization group equations

Descriptive Statistics

A forrás pontos megnevezésének elmulasztása valamennyi hivatkozásban szerzői jogsértés (plágium).

Szoftver-technológia II. Tervezési minták. Irodalom. Szoftver-technológia II.

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN

3. MINTAFELADATSOR KÖZÉPSZINT. Az írásbeli vizsga időtartama: 30 perc. III. Hallott szöveg értése

Lecture 11: Genetic Algorithms

A jövedelem alakulásának vizsgálata az észak-alföldi régióban az évi adatok alapján

ÉRETTSÉGI VIZSGA május 6.

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN

THE CHARACTERISTICS OF SOUNDS ANALYSIS AND SYNTHESIS OF SOUNDS

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN GEOGRAPHY

Tavaszi Sporttábor / Spring Sports Camp május (péntek vasárnap) May 2016 (Friday Sunday)

MATEMATIKA ANGOL NYELVEN

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Correlation & Regression

Résbefúvó anemosztátok méréses vizsgálata érintõleges légvezetési rendszer alkalmazása esetén

3. MINTAFELADATSOR EMELT SZINT. Az írásbeli vizsga időtartama: 30 perc. III. Hallott szöveg értése

Élő szolgáltatás; minden egyben ERP+CRM+projektek+folyamatok (workflow is)+csoportmunka. Minden fő, modern böngészőn fut.

Átírás:

Ensemble Kalman Filters Part 1: The basics Peter Jan van Leeuwen Data Assimilation Research Centre DARC University of Reading p.j.vanleeuwen@reading.ac.uk

Model: 10 9 unknowns P[u(x1),u(x2),T(x3),.. Observations: about 10 8 Satellites: only sea surface u(x1) In situ: irregular in space and time u(x2) T(x3)

The basics: probability density func;ons P(u) 0.5 u (m/s) 1.0

Data assimila;on: general formula;on Bayes theorem: Solu;on is pdf! NO INVERSION!!!

Propaga;on of pdf in ;me: Kolmogorov s equa;on Model equation: Pdf evolution: Kolmogorov s equation (Fokker-Planck equation) advection diffusion

Making the Gaussian approxima;on If we make the Gaussian approximation we only have to propagate the mean and the covariance. If the state dimension is 10 9, the covariance has of order 10 18 elements. Too large to store And we need to propagate the mean, noting that

Mo;va;on ensemble methods: EfDicient propagation of pdf in time (for nonlinear models)

Ensemble methods Filters: - Ensemble Kalman Dilter (Evensen, 1994; Burgers et al., 1998) (Assumption of Gaussianity/linearity) - Particle Dilters (Gordon et al., 1993) (Not so) Smoothers - Ensemble Kalman smoother (Evensen and Van Leeuwen, 2000) - Particle smoothers (Gordon et al., 1993)

Ensemble Kalman Filter - Propagation of pdf in time via ensemble - At observation times assume that pdf s are Gaussian Use Gausianity in Bayes Hence

(Ensemble) Kalman Filter Complete the squares to Dind (only for linear H!!!): with influence region K the Kalman weighting Gain innovation These are the standard Kalman Dilter equations, the ensemble comes in via estimating the mean and the covariance from the ensemble.

A naive Ensemble Kalman filter 1 Assume at analysis time: Which can be rewritten as: The mean of this gives the correct Kalman- Dilter update. However, the posterior error covariance is too small:

A naïve Ensemble Kalman filter 2 The Kalman Dilter update for P reads: The naïve method misses the KRK T term because each ensemble member uses the same vector Ky..

Possible solu;ons: EnKF Use perturbed observation for each member: With drawn randomly from N(0,R). Disadvantages: - Introduction of extra noise into the method - Error covariance update correct in statistical sense only Advantage: - Extra noise useful for nonlinear systems

Ensemble Square- root filters (EnSRF) Define prior perturbation matrix: such that: Note that this is not unique, the prior covariance can also be : with:

The transform in which and or

Ensemble Transform Kalman Filter Use Shermann-Morrison-Woodbury to find Perform an SVD on the second part Finally, write and hence

The full ETKF

Ensemble Kalman Smoother (EnKS) The smoother solution is given by: Using the prior ensemble runs we simply have Adjoint equations and A very cheap smoother!

Conclusions Ensemble Kalman Filters well established Square- root Dilters with mean- preserving random rotation of transform matrix seems most efdicient for small ensemble sizes But ad- hoc tricks are necessary to make them work for large- dimensional systems Ensemble Kalman smoothers can be obtained extremely efdicient Nonlinear observation operators can be handled by outer loops

However, model pdfs are non- Gaussian Probability density function of layer thickness of first layer at day 41 during data-assimilation 10 8 6 4 Kalman filter? Variational methods? 2 0 408 412 416 420 424 428 432 436 440 444 448 452 456

Sigma- point or Unscented Kalman filter I Julier and Uhlman, 1996 The idea is to choose the ensemble members symmetrically to optimally capture the covariances. Scaling factors are used to enhance the spread, but by taking these into account in the analysis no ad hoc Dixes are introduced. Generate N ensemble members (sigma points) with Alpha is the scaling factor that determines the spread.

Sigma- point or Unscented Kalman Filter II Integrate each sigma point forward with the nonlinear model equations At analysis time generate the mean and covariance as: Use the Kalman filter equations to generate the posterior, calculate new sigma points etc.

Alpha determines spread in the sigma points