Air pollution is a major driver of climate change. Anthropogenic emissions from the burning of fossil fuels for transportation and power generation emit large amounts of problematic air pollutants, including Greenhouse Gases (GHGs). Despite the importance of limiting GHG emissions to mitigate climate change, detailed information about the spatial and temporal distribution of GHG and other air pollutants is difficult to obtain. Existing models for surface-level air pollution rely on extensive land-use datasets which are often locally restricted and temporally static. This work proposes a deep learning approach for the prediction of ambient air pollution that only relies on remote sensing data that is globally available and frequently updated. Combining optical satellite imagery with satellite-based atmospheric column density air pollution measurements enables the scaling of air pollution estimates (in this case NO$_2$) to high spatial resolution (up to $\sim$10m) at arbitrary locations and adds a temporal component to these estimates. The proposed model performs with high accuracy when evaluated against air quality measurements from ground stations (mean absolute error $<$6$~\mu g/m^3$). Our results enable the identification and temporal monitoring of major sources of air pollution and GHGs.


翻译:尽管限制温室气体排放对于减缓气候变化十分重要,但很难获得关于温室气体和其他空气污染物的空间和时间分布的详细资料。现有的地面空气污染模型依赖于广泛的土地使用数据集,这些数据集往往受当地限制,而且时间上是静止的。这项工作提出了预测环境空气污染的深层次学习方法,该方法仅依赖全球现有和经常更新的遥感数据。光学卫星图像与卫星大气柱密度空气污染测量相结合,使得在任意地点将空气污染估计值(此处为NO$2$)提高到高空间分辨率(最高为$1 000美元),并为这些估计增加了时间部分。拟议的模型在根据地面站空气质量测量结果进行评估时表现得非常精确(绝对误差小于$6 ⁇ mug/m%3美元)。我们的结果使得能够识别和时间监测空气污染和温室气体的主要来源。

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