Deep learning based emulator for simulating CMAQ surface NO2 levels over the CONUS

CMAQ 环境科学 稳健性(进化) 早晨 气象学 灵敏度(控制系统) 氮氧化物 相关系数 大气科学 模拟 计算机科学 空气质量指数 化学 机器学习 工程类 物理 生物化学 有机化学 天文 电子工程 基因 燃烧
作者
Ahmed Khan Salman,Yunsoo Choi,Jincheol Park,Seyedali Mousavinezhad,Mahsa Payami,Mahmoudreza Momeni,Masoud Ghahremanloo
出处
期刊:Atmospheric Environment [Elsevier]
卷期号:316: 120192-120192 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.atmosenv.2023.120192
摘要

This study details the development and evaluation of an emulator model of the Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model, utilizing a U-Net deep learning architecture to accelerate the simulation of surface NO2 concentrations across the Contiguous United States (CONUS). The emulator employs a subset of meteorological, land cover, and emission input variables identical to those in CMAQ. An initial assessment of the model based on 3-fold monthly cross-validation during the summer (JJA) demonstrates excellent accuracy for 1-h NO2 concentration, with a correlation coefficient (R) of 0.979 and an Index of Agreement (IOA) of 0.989. Subsequently, the model's robustness is examined by training it with NEI 2011 and 2014 data and then evaluating it using NEI 2017 data. This yields an R of 0.949 and an IOA of 0.974. We utilize the emulator to investigate the semi-normalized sensitivity of NO2 concentrations to NOx emissions, which exhibits a satisfactory alignment with CMAQ Decoupled Direct Method (DDM) sensitivities, with an MAE of 0.271 ppb for 1-h sensitivity coefficients. Diurnal cycle analysis of NOx sensitivity coefficients spatially averaged in 15 major urban environments indicates slight over- and underestimations of the morning and evening peaks, respectively, with the MAE varying from 0.27 (Dallas) to 0.92 ppb (Los Angeles). Remarkably, the emulator's computational efficiency significantly surpasses CMAQ's, providing more than 400 times the simulation speed on a single CPU and over 600 times when utilizing both CPU and GPU. As such, the emulator represents a promising tool for efficient CMAQ modeling, with potential applications in health impact assessments, emission reduction strategies, and emission inventory optimization.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
自由飞阳完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
4秒前
6秒前
完美世界应助青青采纳,获得30
7秒前
pupu完成签到,获得积分10
7秒前
always完成签到 ,获得积分10
9秒前
赘婿应助震动的化蛹采纳,获得10
10秒前
所所应助彩色的慕凝采纳,获得10
10秒前
AllenZ发布了新的文献求助10
10秒前
Sylvia完成签到,获得积分10
11秒前
Lawrence完成签到,获得积分20
11秒前
12秒前
12秒前
于冬雪完成签到 ,获得积分20
13秒前
彭于晏应助新型采纳,获得10
13秒前
开心超人完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
15秒前
盒子应助大清采纳,获得10
16秒前
青青发布了新的文献求助30
16秒前
17秒前
20秒前
ddddddd发布了新的文献求助10
21秒前
可靠的0发布了新的文献求助10
21秒前
闫什发布了新的文献求助10
23秒前
25秒前
啦啦啦大大大雷完成签到,获得积分10
28秒前
imsskkp完成签到,获得积分20
29秒前
30秒前
pbhhhhh完成签到,获得积分10
31秒前
小学生学免疫完成签到 ,获得积分10
32秒前
33秒前
桐桐应助mmlikeu采纳,获得10
33秒前
tuanheqi应助独见晓焉采纳,获得50
34秒前
梁嘉琦完成签到,获得积分10
34秒前
青山随云走完成签到,获得积分10
35秒前
田様应助imsskkp采纳,获得10
37秒前
霸气冰露完成签到,获得积分10
38秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 568
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3136252
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2787284
关于积分的说明 7780707
捐赠科研通 2443292
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1299034
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 625318
版权声明 600888