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实现全国连续空间覆盖未来小时尺度的PM2.5浓度实时、高精度预报是一个难题。本文建立基于深度学习的多层长短期记忆迭代模型和改进的空间反向传播神经网络S-BPNN模型来实现全国小时尺度PM2.5浓度的空间预报。首先,研究基于空间相关性将全国1286个空气质量监测站点在空间上进行自适应分区,并对各个分区分别构建多层LSTM迭代预报模型实现未来24 h各个监测站点的PM2.5浓度的实时预报。其次,应用改进的S-BPNN空间化模型实现未来24 h全国连续空间覆盖的PM2.5浓度精细化制图。然后,利用2016—2019年中国PM2.5监测站的历史数据进行训练和验证,结果显示预报模型和空间化模型的相关系数R2分别为0.88和0.87,表明模型都能实现较高的精度。最后,基于提出的预报模型和空间化模型,辅助从监测站实时获取的大气污染数据和气象数据,通过搭建的大气污染物浓度预报智能化在线信息原型系统可实时发布预报结果并可进行空间化展示。研究实现了全国连续空间覆盖的PM2.5浓度高时空精度的实时预测,以支持大气污染联防联控和公众环境空间质量信息服务。 相似文献
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针对采用传统土地利用回归（land use regression,LUR）模型进行大气污染物浓度模拟时预测变量信息损失的缺陷,将主成分分析（principle component analysis,PCA）与逐步多元线性回归（stepwise multiple line regression,SMLR）相结合,提出了一种改进的LUR（PCA+SMLR）模型模拟大区域PM2.5浓度空间分布的方法。首先采用相关分析筛选与PM2.5显著相关的预测变量,然后对筛选出的预测变量进行主成分变换（PCA）,最后保留所有主成分变量进行SMLR建立回归模型模拟PM2.5浓度。并以京津冀为研究区域进行实验验证,对PCR、SMLR、PCA+SMLR这3种模型的实验结果进行对比分析,结果表明,PCA+SMLR模型可提高预测变量对回归模型的贡献度,调整后R2达0.883,并且其精度检验指标及制图效果皆优于传统的LUR模型,证明了该模型可有效提高PM2.5浓度的模拟精度,对PM2.5区域联防联控具有指导意义。 相似文献
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细颗粒物PM2.5(Fine Particulate Matter)是影响空气质量和公共健康的关键因素之一。高时空分辨率的PM2.5数据是公共健康风险评估和流行病学研究的基本需求。相较于地面站点,卫星遥感技术具有连续观测、宽覆盖和低成本的优势,基于卫星气溶胶光学厚度AOD (Aerosol Optical Depth)反演PM2.5质量浓度的方法已成为热点。本研究概述了卫星AOD产品反演PM2.5浓度的原理,介绍了用于PM2.5反演的主要卫星AOD产品及其反演精度;总结了现有的PM2.5估算方法及其优缺点,指出目前PM2.5反演研究存在的问题;提出未来PM2.5反演方向主要集中在高时空分辨率的PM2.5浓度重建、基于激光雷达数据的三维PM2.5浓度反演及PM2.5化学组分反演等方向。比例因子法、物理机理模型和统计模型这3种方法都能在不同时期不同程度... 相似文献
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在我国工业化和城市化迅速发展的背景下,细小颗粒物PM2.5污染已经成为当前主要空气污染物。本文使用基于Python编程语言的网络爬虫技术获取了中国京津冀、长三角、珠三角3个重点区域的PM2.5日均值数据,分别基于Excel软件和ArcGIS软件进行PM2.5时空变化特征分析。最后,通过建立分数阶累加灰色预测模型对北京市2018年PM2.5月均值浓度进行预测。结果显示:1)时间上,我国PM2.5浓度表现为“冬高夏低”的“U”形变化趋势;2)空间上,我国PM2.5浓度整体表现为由南北地区向中部地区PM2.5浓度逐渐增加;3)分数阶GM(1,1)模型对PM2.5月均值浓度数据的预测精确度较高,结合预测结果可从长期或短期提出PM2.5污染治理的措施建议。 相似文献
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冬春季节的空气质量预测有助于公众合理安排出行和政府相关部门的交通治理.细颗粒物(PM2.5)的浓度主要影响因素有大气污染物、水汽等.为提高PM2.5浓度预测的精度,以京津冀地区为例,利用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)与长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络方法相结合,考虑GNSS、ERA5水汽、大气污染物等观测要素,构建PM2.5的浓度预测模型,预测研究未来24 h的PM2.5的浓度.利用GNSS水汽校正区域ERA5水汽,并进行精度评定.利用FFT取大气污染物、第五代大气再分析产品(ECMWF atmospheric reanalysis 5,ERA5)水汽等观测要素的公共变化周期,获得最佳公共周期为78 h;选取最佳公共周期长度的各类要素作为模型输入,24 h序列的PM2.5浓度作为模型输出.通过均方根误差(root mean square error,RMSE)评价指标进行模型精度评价.研究结果表... 相似文献
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PM2.5作为空气污染物，对人体健康构成了潜在威胁。中国和印度是全球人口最多的两个发展中国家，PM2.5污染造成的疾病负担问题尤为严重。因此，本文基于长时间序列高分辨率(0.01°×0.01°)卫星反演的PM2.5浓度数据，分析了中国和印度19年(2000年—2018年)的PM2.5时空格局变化和人口暴露情况；基于综合暴露响应模型全面评估了两个国家因PM2.5长期暴露导致的6种疾病(急性下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、二型糖尿病、缺血性心脏病、肺癌和中风)的过早死亡人数。结果表明，中国PM2.5浓度的高值区集中在新疆、四川盆地、华北平原以及长江经济带等地区，年人口加权浓度总体呈减少趋势(2000年为50μg·m-3,2018年为40.8μg·m-3)；印度PM2.5浓度的高值区集中在北部地区，年人口加权浓度一直呈上升趋势(2000年为51.5μg·m-3,2018年为76... 相似文献
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PM2.5作为指示环境质量的重要因子之一,不仅影响着灰霾天气的发生,还与公众健康息息相关,近年来受到广泛的关注。尽管PM2.5地面观测站点在不断地扩张,其覆盖范围依旧有限,难以反映全域PM2.5浓度的时空异质性。本研究运用卫星遥感气溶胶光学厚度数据,辅助因子除常规的气象因子等以外,还加入了针对中国人民生产生活习惯的农历日因子,提出一种耦合注意力机制的深度神经网络模型,对长三角区域2015年—2020年PM2.5浓度进行了逐日的高精度估算。模型交叉验证结果显示决定系数R2高达0.85,斜率0.86,与地面站点观测值有较高的一致性,优于多元线性回归和随机森林模型。长三角区域PM2.5浓度时空特征分析结果表明,PM2.5浓度在空间上呈现北高南低的趋势;季节特征以冬季浓度最高,夏季浓度最低,春秋过渡。此外,长三角区域2015年—2020年整体PM2.5浓度呈下降趋势,其中以上海市最为明显,下降速率为3.30μg/(m 相似文献
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采用地统计分析、聚类和异常值分析方法,对2016—2018年全国367个城市的PM2.5浓度监测数据进行分析。结果表明：全国及重点区域的PM2.5浓度月际变化趋势具有一致性和周期性,呈“U”形分布;PM2.5浓度存在明显的季节变化特征,2016—2018年我国的PM2.5浓度年均值逐年递减。从整体空间分布来看,我国PM2.5浓度在东西、南北2个方向上的变化情况不同,东西方向的差异比南北方向更大,表现出了各向异性。我国PM2.5高-高聚类模式主要集中在北京、天津、河南、河北、山西、山东西部、安徽北部,低-低聚类模式主要分布在云南、福建、广东沿海地区。 相似文献
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事件序列关联规则挖掘旨在发现序列中不同事件在邻近时间域内的相互依赖关系,对于理解事件间的交互作用机制具有重要意义。然而,当前事件序列关联规则挖掘方法忽略了序列中事件的分布特征,支持度与置信度阈值参数设置困难,进而造成了挖掘结果的冗余或遗漏问题。充分考虑序列中事件的固有分布特征,定义了新的规则度量指标,并给出了一种顾及背景知识的多事件序列关联规则挖掘算法。实验结果表明,与当前经典的MOWCATL算法比较,此方法挖掘结果更加准确,且规则度量指标间的一致性更好,可有效改善挖掘规则冗余或遗漏问题。应用此方法对2013年冬季北京市PM2.5浓度与气象因素的多序列进行挖掘,发现PM2.5浓度与空气相对湿度的联系最为紧密,高湿、低温和弱风环境最容易导致高浓度PM2.5的形成。 相似文献
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为探究地表覆盖与气候状态间的关联性,本文选取2019年的Landsat影像数据,结合温度、降水量、PM2.5浓度3种气候指标,利用GEE平台,结合NDVI、MNDWI、NDBI,采用SVM、RF、CART方法进行地表覆盖分类,探究气候指标与地表覆盖类型分布的关联性;提出了使用3种气候指标构建分类特征进行地表覆盖分类的方法,并通过消融试验分析了气候指标对地表覆盖分类精度的影响。结果表明:①RF有较好的分类结果,总体精度为96.0%;②3种气候指标均能提高地表覆盖分类精度,其中PM2.5浓度效果最好;③温度与植被、水体关联性较大,PM2.5浓度与城区、植被关联性较大,降水量与耕地关联性较大。 相似文献
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针对PM2.5污染比较严重的川渝地区,本研究利用日本静止葵花卫星(Himawari-8)反演的气溶胶光学厚度(AOD)进行垂直订正和湿度订正估算川渝地区2017年—2018年09:00—16:00时的PM2.5浓度。首先,基于气象观测的能见度(vis)数据与消光系数σa(λ)之间的关系,引入“标高(Ha)”对气溶胶光学厚度进行垂直订正;其次,根据匹配的气象和环境监测数据对每一个站点逐一拟合1—12月份的吸湿增长因子,并采用反距离加权空间插值(IDW)方法构建吸湿订正因子网格,从而进行湿度订正估算。研究结果表明,经垂直订正和湿度订正后,相比AOD与PM2.5之间的相关性,“干”消光系数σdry与PM2.5的相关性显著提高,相关系数(r)由0.12—0.45提高至0.32—0.69;验证09:00至16:00时卫星估算结果,相关系数(r)均大于0.7,均方根误差(RMSE)为18.59±2.26μg/m3;提取所有观测站点进行验证,r=0.82,RMSE=18... 相似文献
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本文基于2015—2019年冬季黄河流域中游地区（山西段和陕西段）6种大气污染物的浓度数据,研究了黄河流域中游冬季大气污染物的变化特征。研究结果表明,2015—2019年黄河流域中游地区,PM10和CO浓度持续降低,O3浓度持续升高,PM2.5、SO2及NO2平均浓度呈先上升后下降的规律。2019年主要污染物NO2、CO、PM2.5、PM10及SO2浓度均最低;2019年冬季O3平均浓度达到最高（54μg/m3）。研究地区下游的PM2.5浓度高于上游,且沿黄河由北向南其浓度逐渐增加,黄河东侧山西段的PM2.5浓度高于西侧陕西段。研究区域PM10污染浓度由2015—2016年的黄河东侧高西侧低转变为2017—2019年上游低下游高的分布特征。SO2浓度呈黄河东岸比西岸高的分布。NO2高值区域从2015—2017年黄河西侧下游地区变为2018—2019年中上游地区;CO平均浓度高值区域位于黄河东侧下游地区;O3浓度空间分布特征不明显,但近5年浓度大幅增加,需要加强对臭氧的防控。 相似文献
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针对当前我国重污染天气实时的空气质量预报问题,该文提出了一种基于长短期记忆神经网络的PM2.5浓度实时预报方法。此方法结合了北京市地面空气质量监测数据、天气预报模式的气象预报数据及东亚地区污染物排放清单进行分析,在将高层大气状态及排放状况融入了预报模型的同时,利用LSTM模型模拟区域PM2.5浓度的时序连续变化特征,建立了0~72h的区域PM2.5浓度实时预报模型。实验证明,该方法可以有效表征大气污染物变化的时序特征,从而进行更为精准的长时PM2.5浓度预报。同时,使用门限重复单元作为LSTM神经网络的核心,在保障模型精度的同时,进一步减少了模型训练时间,提高了模型的计算效率。 相似文献
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针对城市街道峡谷空间不利于交通污染扩散问题，该文采用移动与固定相结合的实际监测及数值模拟技术，分析了城市街谷PM2.5时空分布特征及其与街谷空间形态设计指标的关联性，并提出空间形态优化策略。结果表明：(1)街谷内PM2.5质量浓度在日际变化上呈现连续递减、日内变化上呈现先下降后上升的趋势，而在空间分布上呈现主干道及高层建筑附近浓度较高的趋势；(2)建筑高度比与街谷高宽比的增加使得PM2.5质量浓度呈现下降趋势，街谷长宽比的增加使得PM2.5质量浓度呈现上升趋势；(3)建筑高度降低对街谷内PM2.5质量浓度影响最大，其次是建筑底层架空及建筑退让。该文研究结果可为健康城市导向下的城市街道峡谷空间形态优化设计提供参考。 相似文献
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为了验证风云三号D星MERSI传感器的气溶胶光学厚度(AOD)数据对地面PM2.5的污染过程预报的效果,本文基于WRF-Chem (Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry)大气化学模式和三维变分同化方法,针对2020-02-10—2020-02-12中国北方地区的一次PM2.5重污染过程,进行了同化和预报试验研究。同化数据来自常规地面站点的PM2.5浓度数据和风云三号D星MERSI传感器的气溶胶光学厚度(AOD)数据。控制试验不同化任何资料,3组同化试验分别为仅同化地面PM2.5,仅同化卫星AOD,以及同时同化PM2.5和卫星AOD两种资料。结果表明,3组同化试验都可以有效提高初始场准确率,以地面PM2.5作为检验标准,仅同化PM2.5、仅同化AOD、同时同化两种资料相对于控制试验,初始场的平均偏差分别降低54.9%、21.9%和49.0%,平均相关系... 相似文献