基于贝叶斯分层自回归时空模型的北京PM2.5预测
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X513

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江苏省自然科学基金(BK20191394);国家社会科学基金重大项目(16ZDA047)


Prediction of PM2.5 concentration in Beijing based on Bayesian hierarchical autoregressive spatio-temporal model
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    摘要:

    为解决PM2.5的多站点同步预测问题,提出一种贝叶斯框架下的分层自回归时空模型.将PM2.5日均浓度真实值视为潜在时空过程,利用一阶自回归过程刻画时间相关性,并基于Matérn过程捕获空间相关性,极大程度地提高了降维和同步预测的效率.此外,还将日最高温度、相对湿度和风速等气象因素作为解释变量,用于提升PM2.5的预测效果.借助模型的分层结构,通过贝叶斯方法结合马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)算法实现参数估计和预测过程.对北京市日均PM2.5浓度的实证分析表明,模型在空间和时间维度上均有良好的插值或预测效果.

    Abstract:

    Here,a hierarchical autoregressive spatio-temporal model under the Bayesian framework is proposed to address the simultaneous multi-site PM2.5 prediction.The true daily average concentration of PM2.5 is regarded as a potential spatio-temporal process,then the temporal correlation is described by the first-order autoregressive process and the spatial correlation is captured based on the Matérn process,which greatly improves the efficiency in dimension reduction and synchronous prediction.In addition,meteorological factors such as daily maximum temperature,relative humidity and wind speed are used as explanatory variables to improve the prediction accuracy.The combination of Bayesian method and MCMC can realize parameter estimation and prediction process due to the model's hierarchical structure.The empirical analysis of daily PM2.5 concentration in Beijing shows that the proposed model has good interpolation or prediction performance in both spatial and temporal dimensions.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王静,曹春正.基于贝叶斯分层自回归时空模型的北京PM2.5预测[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2023,15(1):34-41
WANG Jing, CAO Chunzheng. Prediction of PM2.5 concentration in Beijing based on Bayesian hierarchical autoregressive spatio-temporal model[J]. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology, 2023,15(1):34-41

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  • 收稿日期:2021-11-18
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  • 在线发布日期: 2023-02-17
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