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Predicción de la Concentración de PM en la Región de Beijing-Tianjin-Hebei Basada en PWV Estratificado de ERA5 y Contaminantes Atmosféricos

Autores: Shang, Jun; Zhang, Peixuan; Wang, Yong; Liu, Yanping; Wang, Hongsheng; Li, Suo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ciencias Naturales y Subdisciplinas

Subcategoría

Astronomía

Palabras clave

Predicción precisa
Concentración de PM
Vapor de agua precipitable
ERA5-PWV
Datos estratificados
Modelo FFT-ConvLSTM

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 7

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La predicción precisa de la concentración de PM (contaminación por partículas finas) es crucial para la protección del medio ambiente y la salud pública. El vapor de agua precipitable (PWV) en la atmósfera es un elemento meteorológico importante con propiedades de estratificación, que juega un papel crucial en la transferencia de energía, la dinámica del clima y la generación de PM. Sin embargo, los estudios anteriores tienden a utilizar el PWV total como un parámetro de entrada, descuidando el impacto de las variaciones del PWV en diferentes capas de altitud sobre la concentración de PM. Para superar esta limitación, este estudio propone un enfoque innovador que emplea datos de vapor de agua estratificado (ERA5-PWV) calculados a partir de los datos de reanálisis ERA5 en lugar del PWV total obtenido mediante el método tradicional. Este enfoque proporciona una representación más precisa de la distribución vertical del PWV atmosférico y mejora la predicción del contenido de PM. En este estudio, el PWV estratificado de ERA5 en la región de Beijing-Tianjin-Hebei se integra con otros elementos meteorológicos y contaminantes atmosféricos, y se utiliza el método FFT-ConvLSTM, caracterizado por sus propiedades espaciotemporales, para predecir la concentración de PM incorporando la correlación espaciotemporal. El modelo FFT-ConvLSTM se modela extrayendo características espaciotemporales a través de ConvLSTM, tras la identificación del período de cambio común óptimo de cada elemento utilizando la técnica FFT. Este proceso mitiga el problema de la heterogeneidad espaciotemporal entre los elementos, logrando así la predicción de alta precisión de la concentración de PM en cuadrículas en las próximas 24 horas. Los resultados de la investigación muestran que, entre los resultados de diferentes capas de combinaciones de ERA5-PWV involucradas en la predicción de concentraciones de PM en la región de investigación, dividida en tres partes de la región de investigación: llanuras, montañas y mesetas, el PWV estratificado de ERA5 de las capas 1-4 con niveles de presión superó consistentemente al PWV total de ERA5 en precisión, y los RMSE de los resultados predichos para las concentraciones de PM se redujeron en 0.862 g/m, 5.384 g/m y 1.706 g/m, respectivamente.

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