Estimating hourly PM2.5 concentrations in Beijing with satellite aerosol optical depth and a random forest approach

环境科学 北京 气溶胶 卫星 随机森林 污染 气象学 空间分布 大气科学 均方误差 遥感 统计 数学 地理 计算机科学 生态学 中国 考古 航空航天工程 工程类 地质学 机器学习 生物
作者
Jin Sun,Jianhua Gong,Jie Zhou
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:762: 144502-144502 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.144502
摘要

Assessing short-term exposure to PM2.5 requires the concentration distribution at a high spatiotemporal resolution. Abundant researches have derived the daily predictions of fine particles, but estimating hourly PM2.5 is still a challenge restrained by the input data. The recent aerosol optical depth (AOD) product from Himawari-8 provides hourly satellite observations informative to modelling. In this study, we developed separate random forest models with and without AOD and combined the estimates to obtain a full-coverage hourly PM2.5 distribution. 10-fold cross validation R2 ranged from 0.92 to 0.95 and root mean square errors from 14.1 to 16.9 μg/m3, indicating the good model performance. Spatial convolutional layers of PM2.5 measurements and temporal accumulation effects of meteorological features were added into the model. They turned out to be of the most important predictors and improved the performance significantly. Finally, we mapped hourly PM2.5 at a 1-km resolution in Beijing during a pollution episode in 2019 and studied the pollution pattern. The study proposed a method to obtain 24-h full-coverage hourly PM2.5 estimates which are useful for acute exposure assessment in epidemiological researches.
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