Data assimilation - filtering
All models are wrong, but some are useful.
어떤 자연 현상의 시간에 대한 변화를 다음과 같은 미분방정식으로 표현했다고 하자.
미분방정식을 유도할 때는, 일반적으로 아주 작은 스케일의 움직임까지 기술하기란 어려운 법이므로, 적당히 평균을 내기 마련이다. 이 과정에서 실제 현상과 모델 사이 오차가 생기게 되고, 시간이 지남에 따라 모델이 예측하는 현상과 실제 현상의 차이는 점점 커진다.
아래 동영상의 왼쪽 패널을 보면, 초기에 생긴 오차가 빠르게 퍼져 시뮬레이션이 잘 되지 않는 것을 볼 수 있다. 반면, 관측자료는 관측 오차가 있을지언정 실제 현상에 대한 정보를 담고 있다. 아래 동영상의 가운데 패널에 오차가 낀 관측자료가 나타내어져 있다.
자료동화에서 filtering이란, 실제 상태의 추정치 \(u_f\)가 있을 때 관측자료 \(y\)에 기반해 추정치를 업데이트 하는 방법이다. 즉, 위 동영상에서 첫번째 패널과 두번째 패널을 합쳐 세번째 패널을 만드는 과정이다.