Deep Learning for Prediction of the Air Quality Response to Emission Changes

空气质量指数 水准点(测量) 非线性系统 环境科学 计算机科学 质量(理念) 机器学习 生化工程 气象学 工程类 大地测量学 量子力学 认识论 物理 哲学 地理
作者
Jia Xing,Shuxin Zheng,Dian Ding,James T. Kelly,Shuxiao Wang,Siwei Li,Tao Qin,Mingyuan Ma,Zhaoxin Dong,Cholsoon Jang,Yun Zhu,Haotian Zheng,Lu Ren,Tie‐Yan Liu,Jiming Hao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (14): 8589-8600 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c02923
摘要

Efficient prediction of the air quality response to emission changes is a prerequisite for an integrated assessment system in developing effective control policies. Yet, representing the nonlinear response of air quality to emission controls with accuracy remains a major barrier in air quality-related decision making. Here, we demonstrate a novel method that combines deep learning approaches with chemical indicators of pollutant formation to quickly estimate the coefficients of air quality response functions using ambient concentrations of 18 chemical indicators simulated with a comprehensive atmospheric chemical transport model (CTM). By requiring only two CTM simulations for model application, the new method significantly enhances the computational efficiency compared to existing methods that achieve lower accuracy despite requiring 20+ CTM simulations (the benchmark statistical model). Our results demonstrate the utility of deep learning approaches for capturing the nonlinearity of atmospheric chemistry and physics and the prospects of the new method to support effective policymaking in other environment systems.
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