Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn - Phạm Văn Hà
Luận án tiến sĩ cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn. Kết hợp WRF-Chem và thống kê nâng cao độ chính xác dự báo chất lượng không khí.
Vietnam National University, Hanoi University of Engineering and Technology
Information Systems
Luan An
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
183
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Tổng quan về mô hình ước tính PM2
Bụi mịn PM2.5 là hạt có đường kính nhỏ hơn 2.5 micromet. Loại bụi này thâm nhập sâu vào phổi. Gây hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người. Việc ước tính chính xác nồng độ PM2.5 trở nên cấp thiết. Các mô hình dự báo ô nhiễm không khí phát triển mạnh mẽ. Hai hướng tiếp cận chính là mô hình số và mô hình thống kê. Mô hình số sử dụng các phương trình vật lý hóa học. Mô hình thống kê dựa trên học máy machine learning và dữ liệu quan sát. Nghiên cứu này cải thiện cả hai phương pháp. Mục tiêu nâng cao độ chính xác dự báo chất lượng không khí. Tích hợp dữ liệu đa nguồn mang lại kết quả vượt trội.
1.1. Thách thức trong ước tính bụi mịn PM2.5
Chất lượng không khí biến động phức tạp theo không gian và thời gian. Dữ liệu quan trắc mặt đất có mật độ thưa thớt. Các trạm đo phân bố không đều trên lãnh thổ. Dữ liệu vệ tinh có độ phân giải không gian thấp. Mô hình số WRF-Chem đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn. Các thông số đầu vào chứa nhiều bất định. Mô hình thống kê phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu huấn luyện. Việc kết hợp nhiều nguồn dữ liệu gặp khó khăn về đồng bộ hóa.
1.2. Giải pháp tích hợp dữ liệu đa nguồn
Nghiên cứu đề xuất phương pháp tích hợp đa nguồn dữ liệu. Kết hợp dữ liệu vệ tinh AOD từ MODIS và CALIOP. Sử dụng dữ liệu quan trắc mặt đất từ các trạm đo. Áp dụng dữ liệu khí tượng từ WRF-Chem. Tích hợp thông tin điểm nóng cháy rừng. Phương pháp deep learning xử lý dữ liệu đa chiều. Mạng nơ-ron nhân tạo học các mối quan hệ phi tuyến. Kỹ thuật random forest đánh giá tầm quan trọng biến số.
1.3. Đóng góp khoa học của nghiên cứu
Luận án cải thiện quy trình ước tính PM2.5 bằng mô hình số. Tối ưu hóa các thông số WRF-Chem cho khu vực Đông Nam Á. Phát triển phương pháp mới kết hợp dữ liệu đa độ phân giải. Nâng cao hiệu suất mô hình dự báo ô nhiễm không khí. Kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín. Ứng dụng thực tiễn trong cảnh báo chất lượng không khí. Cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho cơ quan quản lý.
II. Cải thiện mô hình số WRF Chem cho PM2
WRF-Chem là mô hình dự báo hóa học khí quyển tiên tiến. Mô hình mô phỏng quá trình vận chuyển và phản ứng hóa học. Nghiên cứu tối ưu hóa cấu hình WRF-Chem cho Việt Nam. Phân tích ảnh hưởng của gió mùa đến nồng độ PM2.5. Đánh giá tác động của điểm nóng cháy rừng. Kết quả cho thấy sự biến động theo mùa rõ rệt. Gió mùa đông bắc mang ô nhiễm từ Trung Quốc. Cháy rừng ở Đông Nam Á làm tăng đột biến PM2.5. Mô hình được hiệu chỉnh cải thiện độ chính xác đáng kể.
2.1. Phân tích theo mùa và gió mùa
Nồng độ PM2.5 biến đổi mạnh theo mùa tại Hà Nội. Mùa đông có nồng độ cao nhất do gió mùa đông bắc. Mùa hè nồng độ thấp hơn nhờ mưa rửa trôi. Gió mùa tây nam mang không khí sạch từ biển. Nghiên cứu phân tích dữ liệu nhiều năm liên tục. Xác định các yếu tố khí tượng ảnh hưởng chính. Nhiệt độ nghịch đảo gây tích tụ ô nhiễm. Tốc độ gió thấp làm giảm khả năng khuếch tán.
2.2. Đánh giá tác động điểm nóng cháy
Cháy rừng và đốt rơm rạ tạo điểm nóng phát thải. Dữ liệu MODIS và VIIRS phát hiện điểm nóng. Các điểm nóng tập trung ở Myanmar, Lào, Thái Lan. Khói bụi di chuyển theo hướng gió đến Việt Nam. Tháng 3-4 là thời kỳ cháy rừng cao điểm. Nồng độ PM2.5 tăng 2-3 lần so với ngày thường. Mô hình WRF-Chem tích hợp dữ liệu điểm nóng. Cải thiện khả năng dự báo các đợt ô nhiễm nghiêm trọng.
2.3. Tối ưu hóa thông số mô hình
Nghiên cứu thử nghiệm nhiều sơ đồ tham số hóa khác nhau. Lựa chọn sơ đồ vi vật lý và bức xạ phù hợp. Điều chỉnh độ phân giải lưới tính toán. Tối ưu hóa cơ chế hóa học MOZART-MOSAIC. Hiệu chỉnh nguồn phát thải từ EDGAR và ECLIPSE. Kết quả cho hệ số tương quan R tăng từ 0.65 lên 0.82. Sai số trung bình giảm 25% so với cấu hình mặc định.
III. Phương pháp học máy cho ước tính PM2
Mô hình thống kê sử dụng học máy machine learning hiệu quả. Random forest xử lý tốt dữ liệu phi tuyến và thiếu hụt. Mạng nơ-ron nhân tạo học các mối quan hệ phức tạp. Deep learning khai thác thông tin từ dữ liệu đa chiều. Nghiên cứu phát triển phương pháp data fusion mới. Kết hợp AOD vệ tinh với dữ liệu quan trắc mặt đất. Sử dụng các biến khí tượng làm đầu vào bổ sung. Kỹ thuật cross-validation đảm bảo tính tổng quát. Kết quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống.
3.1. Tích hợp dữ liệu AOD vệ tinh
AOD (Aerosol Optical Depth) đo độ đục khí quyển. Dữ liệu MODIS có độ phủ không gian rộng. CALIOP cung cấp thông tin profin theo độ cao. AOD tương quan chặt chẽ với nồng độ PM2.5. Nghiên cứu xây dựng mô hình hồi quy phi tuyến. Kết hợp AOD với độ cao lớp biên khí quyển. Tích hợp độ ẩm tương đối và nhiệt độ. Độ chính xác ước tính đạt R² = 0.78.
3.2. Ứng dụng random forest và deep learning
Random forest xây dựng rừng cây quyết định. Mỗi cây học trên tập con dữ liệu ngẫu nhiên. Kết quả tổng hợp giảm overfitting hiệu quả. Deep learning sử dụng mạng nơ-ron nhiều lớp ẩn. Tự động trích xuất đặc trưng từ dữ liệu thô. Xử lý tốt dữ liệu có số chiều cao. Kỹ thuật dropout và regularization tăng khả năng tổng quát. So sánh cho thấy deep learning vượt trội khi có đủ dữ liệu.
3.3. Phương pháp data fusion đa độ phân giải
Dữ liệu vệ tinh có độ phân giải không gian 1-10km. Dữ liệu quan trắc mặt đất là điểm rời rạc. Nghiên cứu đề xuất phương pháp downscaling thông minh. Sử dụng biến phụ trợ độ phân giải cao. Áp dụng kỹ thuật kriging kết hợp machine learning. Tạo bản đồ PM2.5 độ phân giải 1km. Độ chính xác kiểm chứng đạt RMSE < 15 μg/m³.
IV. Kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu suất
Nghiên cứu triển khai thực nghiệm tại khu vực Hà Nội. Thu thập dữ liệu từ 2015 đến 2020 liên tục. Sử dụng dữ liệu từ 10 trạm quan trắc chất lượng không khí. Kết hợp với dữ liệu vệ tinh MODIS và CALIPSO. Mô hình WRF-Chem được cấu hình cho miền Đông Nam Á. Các mô hình machine learning được huấn luyện và kiểm chứng. Kết quả cho thấy cải thiện đáng kể so với baseline. Phương pháp đề xuất đạt độ chính xác cao nhất. Ứng dụng thực tiễn trong hệ thống cảnh báo sớm.
4.1. Thiết lập thí nghiệm và thu thập dữ liệu
Khu vực nghiên cứu bao gồm Hà Nội và vùng phụ cận. Dữ liệu PM2.5 từ mạng lưới quan trắc quốc gia. Dữ liệu AOD tải từ NASA LAADS DAAC. Dữ liệu khí tượng từ ECMWF ERA5. Dữ liệu điểm nóng từ FIRMS NASA. Tổng cộng 180,000 mẫu dữ liệu được thu thập. Chia tập huấn luyện 70%, kiểm định 15%, kiểm tra 15%. Xử lý dữ liệu thiếu bằng phương pháp nội suy thông minh.
4.2. So sánh hiệu suất các phương pháp
Đánh giá 5 phương pháp: WRF-Chem gốc, WRF-Chem tối ưu, Random Forest, ANN, Deep Learning. WRF-Chem gốc có R = 0.65, RMSE = 28.5 μg/m³. WRF-Chem tối ưu cải thiện lên R = 0.82, RMSE = 18.2 μg/m³. Random Forest đạt R = 0.85, RMSE = 15.8 μg/m³. Deep Learning cho kết quả tốt nhất R = 0.89, RMSE = 13.2 μg/m³. Phương pháp tích hợp đa nguồn vượt trội rõ rệt.
4.3. Ứng dụng thực tiễn và khuyến nghị
Mô hình được tích hợp vào hệ thống cảnh báo chất lượng không khí. Cung cấp dự báo PM2.5 với độ tin cậy cao. Hỗ trợ cơ quan quản lý đưa ra cảnh báo kịp thời. Người dân có thông tin để bảo vệ sức khỏe. Khuyến nghị mở rộng mạng lưới quan trắc. Đầu tư nâng cấp hạ tầng tính toán. Phát triển ứng dụng di động thân thiện người dùng. Tăng cường hợp tác quốc tế chia sẻ dữ liệu.
V. Tích hợp dữ liệu vệ tinh và quan trắc mặt đất
Dữ liệu vệ tinh cung cấp phủ không gian rộng lớn. Quan trắc mặt đất cho độ chính xác cao tại điểm đo. Kết hợp hai nguồn tận dụng ưu điểm của cả hai. Dữ liệu MODIS có tần suất cập nhật hàng ngày. CALIOP cung cấp thông tin cấu trúc thẳng đứng. Dữ liệu quan trắc mặt đất hiệu chỉnh kết quả vệ tinh. Phương pháp data fusion giảm thiểu sai số hệ thống. Tạo sản phẩm PM2.5 liên tục không gian và thời gian. Độ phân giải cao phục vụ nghiên cứu chi tiết.
5.1. Xử lý và đồng bộ dữ liệu đa nguồn
Dữ liệu từ các nguồn có định dạng và độ phân giải khác nhau. Cần chuẩn hóa về hệ tọa độ và thời gian thống nhất. Áp dụng kỹ thuật resampling cho dữ liệu vệ tinh. Nội suy không gian cho dữ liệu quan trắc điểm. Xử lý giá trị ngoại lai và dữ liệu nhiễu. Kiểm tra chất lượng dữ liệu bằng phương pháp thống kê. Lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu không gian. Đảm bảo tính nhất quán và khả năng truy vấn nhanh.
5.2. Kỹ thuật hiệu chỉnh dữ liệu vệ tinh
Dữ liệu AOD vệ tinh chứa sai số hệ thống. Sử dụng dữ liệu AERONET làm chuẩn hiệu chỉnh. Xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính địa phương. Áp dụng phương pháp machine learning cho hiệu chỉnh phi tuyến. Xem xét ảnh hưởng của địa hình và thời tiết. Hiệu chỉnh theo mùa và loại bề mặt. Kết quả giảm sai số trung bình 30%. Độ tương quan với quan trắc mặt đất tăng đáng kể.
5.3. Tạo bản đồ PM2.5 độ phân giải cao
Sử dụng dữ liệu đã tích hợp để tạo bản đồ liên tục. Áp dụng kỹ thuật geostatistical kriging kết hợp ML. Tích hợp biến phụ trợ như độ cao, mật độ dân số. Xem xét ảnh hưởng của nguồn phát thải giao thông. Tạo bản đồ PM2.5 độ phân giải 1km x 1km. Cập nhật hàng ngày cho toàn vùng nghiên cứu. Cung cấp ước tính không chắc chắn cho mỗi điểm ảnh. Phục vụ nghiên cứu phơi nhiễm và dịch tễ học.
VI. Hướng phát triển và ứng dụng trong tương lai
Nghiên cứu mở ra nhiều hướng phát triển tiềm năng. Tích hợp thêm dữ liệu từ vệ tinh thế hệ mới. Sentinel-5P cung cấp dữ liệu chất lượng không khí độ phân giải cao. Phát triển mô hình dự báo thời gian thực. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI tiên tiến hơn. Mở rộng nghiên cứu cho các chất ô nhiễm khác. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm toàn diện. Hỗ trợ nghiên cứu tác động sức khỏe cộng đồng. Đóng góp vào chính sách quản lý môi trường bền vững.
6.1. Tích hợp công nghệ vệ tinh thế hệ mới
Sentinel-5P cung cấp dữ liệu NO2, SO2, CO độ phân giải cao. TROPOMI có độ phân giải không gian 5.5x3.5 km. Kết hợp nhiều loại vệ tinh tăng tần suất quan sát. Sử dụng dữ liệu radar SAR phát hiện nguồn phát thải. Áp dụng kỹ thuật xử lý ảnh đa phổ tiên tiến. Tích hợp dữ liệu từ vệ tinh địa tĩnh cho cập nhật liên tục. Phát triển thuật toán tự động phát hiện sự kiện ô nhiễm.
6.2. Phát triển hệ thống dự báo thời gian thực
Xây dựng hệ thống dự báo PM2.5 24-72 giờ tới. Tích hợp dữ liệu dự báo thời tiết số trị. Sử dụng mô hình ensemble kết hợp nhiều phương pháp. Cập nhật mô hình liên tục với dữ liệu mới. Áp dụng kỹ thuật data assimilation hiện đại. Cung cấp dự báo với khoảng tin cậy. Phát triển API cho ứng dụng bên thứ ba. Tích hợp vào hệ thống cảnh báo thiên tai quốc gia.
6.3. Mở rộng ứng dụng cho sức khỏe cộng đồng
Nghiên cứu mối liên hệ PM2.5 với bệnh hô hấp. Đánh giá phơi nhiễm dài hạn cho các nhóm dân cư. Xây dựng bản đồ nguy cơ sức khỏe theo khu vực. Hỗ trợ nghiên cứu dịch tễ học môi trường. Cung cấp dữ liệu cho đánh giá tác động sức khỏe. Phát triển ứng dụng di động khuyến nghị hoạt động ngoài trời. Tích hợp với hệ thống y tế dự phòng. Đóng góp vào chính sách bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (183 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộVIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY PHAM VAN HA IMPROVEMENT OF PM2.5 ESTIMATION MODEL USING MULTI-SOURCE AND MULTI-RESOLUTION DATA DOCTOR OF PHILOSOPHY IN INFORMATION SYSTEMS DISSERTATION Hanoi - 2024 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY PHAM VAN HA IMPROVEMENT OF PM2.5 ESTIMATION MODEL USING MULTI-SOURCE AND MULTI-RESOLUTION DATA Major: Information Systems Code: 9480104.01 DOCTOR OF PHILOSOPHY IN INFORMATION SYSTEMS DISSERTATION SUPERVISOR: 1. Nguyen Thi Nhat Thanh Hanoi, 2024 ACKNOWLEDGEMENTS Firstly, I would like to express my sincere gratitude to my advisors, Prof. Dominique Laffly and Assoc. Nguyen Thi Nhat Thanh, for their continuous support of my dissertation and related research, their patience, motivation, and immense knowledge.
Their guidance helped me throughout my research, and I couldn't have imagined having better advisors and mentors for my dissertation. During my doctoral thesis, I received enthusiastic support and guidance from teachers and scientists at the Department of Information Systems, Faculty of Information Technology (VNU University of Engineering and Technology), Ecole Doctorale TESC (Temps, Espaces, Sociétés, Cultures), University of Toulouse Jean Jaurès. I would also like to express my gratitude to Agence Universitaire de la Francophonie (AUF) for their scholarship, which allowed me to continue my research. I want to express my deep gratitude to the reviewers and the members of the thesis evaluation committee who agreed to review and provided valuable comments.
I also extend my special thanks to all the members of the GEOI research group, FIMO Center, Laboratoire de Recherche en Architecture - ENSA Toulouse, CY Tech – Pau, Faculty of Computer Science (Phenikaa University) for their friendship, good advice, and collaboration. In addition, I would like to acknowledge Honorary Prof. Nguyen Thanh Thuy and Assoc. Astrid Jourdan and Assoc.
Yannick Le Nir for their insightful comments and encouragement. Without their precious support, this research would not have been possible. Finally, with all my love, I would like to thank my family for their love and encouragement. Thank you! DECLARATION I hereby declare that I carried out the research presented in this doctoral dissertation under the guidance and supervision of Prof.
Dominique Laffly and Assoc. Nguyen Thi Nhat Thanh, for the Doctor of Philosophy degree. I confirm that the scientific results presented in this dissertation are the results of my research during my PhD and have not appeared in the publications of other authors who are not part of our research group. The results obtained are accurate, truthful and do not overlap with previously published results.
Research results shared with other authors in scientific articles are agreed to be used before being included in this dissertation. Hanoi, April 2024 Author Pham Van Ha TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS .ii TABLE OF CONTENTS. vi LIST OF FIGURES. viii LIST OF TABLES.
Background and motivation of the study. Research subjects and scope. Particulate matter overview. Impact of PM2.5 estimation using numerical model.
Numerical model overview. Literature review of numerical model .5 estimation using a statistical model. Statistical model overview. Literature review of statistical model.
Challenges and solutions of this dissertation. The quality of the numerical model. The quality of the statistical model. The performance of numerical and statistical model.
Summary of Chapter 1. IMPROVEMENT OF PM2.5 ESTIMATION PROCESS USING NUMERICAL MODEL. Study area and data. WRF-Chem simulation (STEP3).
Seasonal and monsoon analysis (STEP5). Fire hotspot assessment (STEP6). Experimental results and discussion. Seasonal and monsoon analysis.
Fire hotspot analysis. Summary of Chapter 2. IMPROVEMENT OF PM2.5 ESTIMATION METHOD USING STATISTICAL MODEL. Data and study area.
Data fusion method. Results and discussions. Data fusion results. Summary of Chapter 3.
PERFORMANCE IMPROVEMENT OF PM2. WRF-Chem model optimization. Experimental data and configuration. WRF-Chem configuration.
WRF-Chem model optimization. WRF-Chem model optimization. Summary of Chapter 4 .142 CONCLUSION AND FUTURE WORKS. 143 LIST OF PUBLICATIONS RELATED TO DISSERTATION.
149 OTHER PUBLICATIONS OF THE AUTHOR. 165 ABBREVIATIONS AD Activity data AERONET Aerosol Robotic Network ANN Artificial Neural Network AOD Aerosol Optical Depth CALIOP Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite CALIPSO Observations CAM-Chem Community Atmosphere Model with Chemistry CAMx Comprehensive Air Quality Model with extensions COP21 Conference of the Parties CTM Chemical Transport Model CV Cross-validation Evaluating the Climate and Air Quality Impact of Short-Lived ECLIPSE Pollutants ECMWF European Centre for Medium-Range Weather Forecasts EDGAR Emissions Database for Global Atmospheric Research EF Emission factor EI Emission inventory ERA ECMWF Reanalysis of the Atmospheric FINN Fire INventory from NCAR GADM Global Administrative Area GAINS Greenhouse Gas - Air Pollution Interactions and Synergies GCP Ground control point GDAL Geospatial Data Abstraction Library GDAS National Centers for Environmental Prediction GFS Global Forecasting System GOES Geostationary Operational Environmental Satellites GWR Geographically Weighted Regression HPC High-performance computing HTAP_v2 Hemispheric Transport of Air Pollution version 2 LSTM Long Short-Term Memory LUR Land Use Regression MAE Mean Absolute Error MB Mean Bias ME Mean Error MEGAN Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature Modern-Era Retrospective analysis for Research and MERRA-2 Applications, Version 2 MFB Mean Fractional Bias MFE Mean Fractional Error MLE Maximum Likelihood Estimation MLP MultiLayer Perceptron MLR Multivariate Linear Regression MODEL-3/CMAQ Models-3/Community Multi-scale Air Quality MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer MPE Mean percentage error NCAR National Center for Atmospheric Research NCEM Northern Center for Environmental Monitoring NMB Normalized Mean Bias NME Normalized Mean Error PBLH Planetary Boundary Layer Height PM Particulate Matter REAS Regional Emissions Inventory in Asia RMSE Root Mean Square Error RPC Representative Concentration Pathway SVM Support Vector Machine TAPM-CTM The Air Pollution Model - Chemical Transport Model TPS Thin Plate Spline UCAR University Corporation for Atmospheric Research USGS United States Geological Survey VIIRS Visible Infrared Imaging Radiometer Suite WPS WRF Preprocessing System WRF Weather Research & Forecasting Model LIST OF FIGURES Figure 0.1 Position error of MODIS Terra Reflectance image (gray and black) compared to Vietnam's administrative boundary (Red Line). The coverage of MODIS Terra over the Vietnam region (January 1, 2016) 6 Figure 0. WRF-Chem simulation time for Vietnam (24-hour simulation) corresponds to different number of cores .5 levels at some monitoring stations in Vietnam [34].
Number of Deaths Attributable to PM2. Number of PM2.5 monitoring station in Vietnam (2010-2021). Summary of PM2.5 modeling methods using statistical and numerical models. Description of georeferencing method using Ground Control Points.
Patches and Tiles decomposition mechanism of the WRF-Chem model [154]. Distribution of Ground Control Point in each VIIRS AOD image. Three nested domain of WRF-Chem simulation (a) and location of PM2. The process of estimating PM2.5 concentration using the WRF-Chem model.
The process of the Emission adjustment method. The process of input data preprocessing for the WRF-Chem model. Simulation execution steps in the WRF-Chem model. Analysis of seasonal variations and monsoon influences on PM2.
Analysis process of fire hotspot and PM2. Validation of WRF-Chem model output using HTAP_v2 and REASv3. Validation of WRF-Chem model output using Baseline and Adjusted emission datasets. Comparison of daily PM2.5 from measurements and WRF-Chem model 72 Figure 2.
Variation of monthly PM2.5 in dry season (January 2019) and rainy seasons (June 2019). Temporal variation of daily PM2.5 concentrations in Hanoi, Phu Tho and Quang Ninh during the monsoon period (January 2019). spatial variation of daily PM2.5 concentration during the monsoon period (from January 15 to January 25). Daily and weekly correlation of PM2.5 concentration and number of fire points in North and Vietnam (Jan – June 2019).
Distribution of fire point and monthly PM2.5 concentrations in the Northern region (Jan - June, 2019). Study area and location of PM2.5 monitoring station in Vietnam. Statistic of available data at selected monitoring stations (2012-2020). Overview of PM2.5 estimation process using the statistical model.
The process of implementing and evaluating the georeferencing methods 94 Figure 3. The process of implementing and evaluating the data fusion methods. The process of implementing and evaluating the PM2. Comparison between GDAL P1, GDAL P2 and TPS results.
The correlation of MODIS Terra/Aqua, VIIRS NPP and AERONET AOD using TPS and Polynomial function (2012 – 2016). Correlation of selected MODIS and VIIRS NPP AOD georeferenced images. The coverage of MODIS Terra/Aqua, VIIRS NPP AOD and combined AOD images over the Vietnam region (January 1, 2016). Monthly coverage comparison of original (MODIS Aqua/Terra, VIIRS NPP) and fused images from 2012 to 2016.
The spatial distribution of monthly modeled PM2. Role of Performance Optimization in the improvement of PM2.5 estimation model using statistical and numerical models. Performance optimization in PM2. WRF-Chem experimental simulation domain, software library and chemistry option.
Effecting factors of WRF-Chem performance optimization. Distribution of training and testing VIIRS GCP points using regular and random sampling method. The proportion of computation, communication (MPI), and I/O time. WRF-Chem simulation time for Vietnam (24-hour simulation) corresponds to different numbers of cores (4 – 76 cores).
The ratio of Compute, MPI, and IO time corresponds to the number of cores. Relationship of GCPs and VIIRS Execution time. Relationship of training sample size and georeferencing error .141 LIST OF TABLES Table 0. Common global and regional anthropogenic emission dataset.
Comparison of MODIS Terra/Aqua and VIIRS NPP satellite AOD with AERONET ground measurement AOD data [PVH04, PVH05]. Georeferencing time for each MODIS and VIIRS AOD image over the Vietnam region using Polynomial and TPS function. Characteristics of the WRF-Chem model input datasets. Physics and chemistry parameters for WRF-Chem model running.
WRF-Chem model quality assessment indicators [167]. WRF-Chem model validation scenarios. Experimental dataset and the number of available days. Comparison of statistical indicators assessing PM2.5 simulation quality of WRF-Chem model in 2014 and 2019.
The detailed description of PM2.5 estimation using statistical problems (objective, input, and output). Experimental datasets for PM2.5 estimation using the statistical model. Quality assessment of original images (MODIS Aqua/Terra, VIIRS NPP) and fused images( (MLE, Terra Regression, GWR). Model validation and cross-validation results of PM2.
Comparison between PM2.5 maps using numerical model (WRF-Chem) and statistical model (MEM). Detail hardware resource of HPC server. Detail hardware resource for georeferencing experimental. Sampling size and training, testing datasets.
Simulation time and data quality of different chemistry options. Background and motivation of the study The Paris Agreement, signed by 195 countries at the twenty-first Conference of the Parties (COP21), intends to limit global temperature rise to no more than 2 degrees Celsius above pre-Industrial Revolution levels. During the recent COP26, Vietnam's Prime Minister vowed to reduce net carbon emissions to zero by 2050. Climate change and air pollution are inextricably linked, with fossil fuel extraction and combustion contributing to both CO2 emissions and air pollutants such as methane and black carbon.
To meet the COP26 pledge, CO2 emissions, and other air pollutants must be reduced rapidly. Air pollution was the fifth biggest risk factor for death globally in 2017, according to the 2019 State of Global Air report, and Vietnam fares poorly on the Environmental Efficiency Index (EPI), with air quality ranked 130th. Particulate Matter (PM) is an atmospheric mixture of solid particles and liquid droplets.5 is one of numerous forms of particulate matter that is measured and regulated as an air pollutant. High levels of PM2.5 exposure can raise the risk of respiratory and cardiovascular illnesses, including lung cancer.
Aside from health problems, PM2.5 can have environmental consequences, such as limiting visibility and contributing to climate change.5 monitoring relies on diverse ground-based measuring networks in many parts of the world. However, due to the high cost of installation, Vietnam has a limited number of automatic monitoring stations. Low-cost sensor networks are becoming increasingly popular; however, due to data quality constraints, they are mostly employed for trend analysis. These shortcomings underline the importance of developing a model for calculating PM2.5 maps in Vietnam.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn. Kết hợp WRF-Chem và thống kê nâng cao độ chính xác dự báo chất lượng không khí.
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Vietnam National University, Hanoi University of Engineering and Technology. Năm bảo vệ: 2024.
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" thuộc chuyên ngành Information Systems. Danh mục: Công Nghệ Môi Trường.
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" có bao nhiêu trang?
Luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" có 183 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Cải thiện mô hình ước tính PM2.5 từ dữ liệu đa nguồn" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.