Deep Learning with Pretrained Framework Unleashes the Power of Satellite-Based Global Fine-Mode Aerosol Retrieval

航空网 卫星 环境科学 气溶胶 气候学 代理(统计) 相关系数 深度学习 深蓝色 气象学 遥感 大气科学 计算机科学 地理 机器学习 航空航天工程 工程类 化学 光化学 地质学
作者
Xing Yan,Zhou Zang,Zhanqing Li,Hans W. Chen,Jiayi Chen,Yize Jiang,Yunhao Chen,Bin He,Zuo Chen,Terry Nakajima,Jhoon Kim
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (32): 14260-14270 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c02701
摘要

Fine-mode aerosol optical depth (fAOD) is a vital proxy for the concentration of anthropogenic aerosols in the atmosphere. Currently, the limited data length and high uncertainty of the satellite-based data diminish the applicability of fAOD for climate research. Here, we propose a novel pretrained deep learning framework that can extract information underlying each satellite pixel and use it to create new latent features that can be employed for improving retrieval accuracy in regions without in situ data. With the proposed model, we developed a new global fAOD (at 0.5 μm) data from 2001 to 2020, resulting in a 10% improvement in the overall correlation coefficient (R) during site-based independent validation and a 15% enhancement in non-AERONET site areas validation. Over the past two decades, there has been a noticeable downward trend in global fAOD (-1.39 × 10-3/year). Compared to the general deep-learning model, our method reduces the global trend's previously overestimated magnitude by 7% per year. China has experienced the most significant decline (-5.07 × 10-3/year), which is 3 times greater than the global trend. Conversely, India has shown a significant increase (7.86 × 10-4/year). This study bridges the gap between sparse in situ observations and abundant satellite measurements, thereby improving predictive models for global patterns of fAOD and other climate factors.
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