Numerical Model-Based Artificial Neural Network Model and Its Application for Quantifying Impact Factors of Urban Air Quality

Abstract

Knowledge of the relationship between air quality and impact factors is very important for air pollution control and urban environment management. Relationships between winter air pollutant concentrations and local meteorological parameters, synopticscale circulations and precipitation were investigated based on observed pollutant concentrations, highresolution meteorological data from the Weather Research and Forecast model and gridded reanalysis data. Artificial neural network (ANN) model was developed using a combination of numerical model derived meteorological variables and variables indicating emission and circulation type variations for estimating daily SO 2 , NO 2 , and PM 10 concentrations over urban Lanzhou, Northwestern China. Results indicated that the developed ANN model can satisfactorily reproduce the pollution level and their day-to-day variations, with correlation coefficients between the modeled and the observed daily SO 2 , NO 2 , and PM 10 ranging from 0.71 to 0.83. The effect of four factors, i.e., synoptic-scale circulation type, local meteorological condition, pollutant emission variation, and wet removal process, on the day-to-day variations of SO 2 , NO 2 , and PM 10 was quantified for winters of 2002-2007. Overall, local meteorological condition is the main factor causing the day-today variations of pollutant concentrations, followed by synoptic-scale circulation type, emission variation, and wet removal process. With limited data, this work provides a simple and effective method to identify the main factors causing air pollution, which could be widely used in other urban areas and regions for urban planning or air quality management purposes.

Investigation of Particulate Matter Regional Transport in Beijing Based on Numerical Simulation

“…Air pollution is closely related to multi-scale meteorological conditions, pollutant emissions, the chemical processes in atmosphere and removal process (He et al, 2016a). In economically developed regions, such as the Beijing-Tianjin-Hebei region, the Yangtze River Delta and the Pearl River Delta region in China, regional air pollution is serious and occurs frequently Liu et al, 2014;Kong et al, 2015;Wang et al, 2015a, b).…”

Impacto De Fatores Meteorológicos Sobre as Concentrações De Ozônio Modelados Por Análise De Séries Temporais E Métodos Estatísticos Multivariados

“…Compostos orgânicos voláteis (VOCs) têm atraído a atenção dos investigadores nos últimos anos, são precursores importantes para o O 3 , e que podem ser utilizados para avaliar o potencial de sua formação (Xu, Zhang, Xing & Deng, 2015). Recentemente, pesquisas realizadas por He et al (2016) revelam que o tráfego contribuiu com mais de 50% de dióxido de azoto (NO2) em grandes cidades e sua contribuição, está intimamente relacionado com o transporte local e regional. A interação entre os NO2 e O 3 é uma das questões complexas e o transporte desse último poluente é afetada pelo processo químico dessa ação (Asaf et al, 2011).…”

“…A maior fonte de aerossóis para a atmosfera na América do Sul são as emissões por queimadas de florestas e cerrados, que ocorrem principalmente na estação seca na região Centro--Oeste (He et al, 2016). As florestas e os cerrados brasileiros são regiões onde, historicamente, ocorrem queima de biomassa em função do processo natural do uso do solo pelos agricultores e do uso da lenha como combustível, mas o número de queimadas tem aumentado significativamente nos últimos anos.…”

Análise temporal das condições meteorológicas e concentração de Material Particulado (MP10) na Região Metropolitana de São Paulo - SP (Temporal analysis of the meteorological conditions and concentration of Particulate Matter (PM10) in the Metropolitan Region of São Paulo – SP)

“…Problemas de poluição do ar atraem atenção especial do governo, da sociedade civil e dos pesquisadores. A poluição atmosférica severa está intimamente relacionada a um grande número fontes de emissão e alta intensidade de emissões, desfavoráveis condições meteorológicas, terreno especial, transporte de poluentes e conversão química na atmosfera (Crippa et al, 2013;He et al, 2013;Wang et al, 2014;Zhang et al, 2015;He et al, 2016;Liu et al 2016).…”

“…As condições meteorológicas são os principais fatores que causam as variações do diaa-dia nas concentrações de poluentes (He et al, 2016). As condições de dispersão são determinadas por fenômenos climáticos de larga escala, bem como pela capacidade de depuração da atmosfera local.…”