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时空深度学习大气环境预报模型“出炉”为区域和城市污染防控及快速预警提供支持

类别:科技 发布时间:2023-07-25 16:55:00 来源:每日看点快看

本文转自:中国气象报

本报讯 通讯员楚艳丽 记者吴鹏报道7月19日,北京城市气象研究院联合北京市气象台、南京信息工程大学科研人员,开发出一款名为PPN的时空深度学习大气环境预报模型,用于预报区域PM浓度的时空分布。该模型能够为区域和城市污染防控及快速预警提供支持,在算力资源充足的情况下,还可以进一步扩展预测时空范围和污染物种类,对相关部门提前制定有效对策、保护公众健康等具有重要意义。

PPN模型克服了气溶胶浓度预报最常用工具——大气化学传输模式(CTM)计算慢、准确度欠佳的缺点,可基于深度学习和数值天气预报直接提供区域气溶胶预报。它仿照CTM模式计算构架,将输入特征根据其对PM的影响分为本地生成类(影响化学和湍流过程)和输送影响类(影响污染物输送过程),并分别输入深度学习算法的不同层中。在时间序列上,该模型采用编码器-解码器结构,起报时间之前是编码阶段,模仿CTM的spin-up过程;解码阶段则模仿CTM 的预报过程,并加入数值预报模式预报特征作为约束。

该研究在编码阶段借鉴了传统模式中四维同化的思路,将spin-up阶段的多时间观测信息加入,以构建更好的预报初始场。此外,还设计了加权损失函数以改进对极端事件的预测。

研究者针对京津冀地区2022年1月的PM浓度进行了预报试验,结果显示,PPN模型能在1秒内给出整个区域0至72小时的PM浓度预报 (水平网格分辨率为9公里),且准确度明显优于传统CTM的预报结果。

相关研究已经在《自然》合作期刊《npj-气候与大气科学》上发表。

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快照生成时间:2023-07-25 20:45:12

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