Применение нейронных сетей в восстановлении профиля концентрации озона

Авторы
Файлы

Суханов А.Я. Суханов Д.Я. Статья в формате PDF 102 KB В лидарном зондировании для восстановления вертикального распределения концентрации газа из оптических параметров применяют методы сплайн функций, метод регуляризации Тихонова, метод оптимальной параметризации. Данные методы не всегда позволяют восстанавливать с достаточной точностью профиль концентрации в тропосфере, и не позволяют вести обработку данных в рутинном режиме.

В работе предлагается новый подход, основанный на применении нейронных сетей, который для решения обратных задач лазерного зондирования ранее не применялся. Возможность его использования обусловлена тем, что за последние годы создано достаточное количество моделей атмосферы, рассчитано множество профилей концентраций газа, температуры, аэрозоля.

Опишем решение данной задачи с помощью нейронной сети.

В качестве нейронной сети используется полносвязная нейронная сеть, состоящая из двух слоев. Входами для данной сети служат вертикальные профили оптической толщи, а выходами служат вертикальные профили концентрации газа, приведенные к одной и той же высотной сетке. Число входов каждого нейрона сети равно числу элементов в высотной сетке.

Для обучения нейронной сети были взяты вертикальные профили концентрации озона и профили температуры с радиозондовых станций Хэнтсвилл и Хэлей-Бэй.

Значения молекулярной и аэрозольной составляющих толщи рассчитывались из модельных представлений о состоянии атмосферы и одинаковы для всех профилей концентрации.

Для того чтобы сеть могла восстанавливать концентрацию газа в тропосфере по стратосферным оптическим данным, на основе созданных обучающих пар «оптическая толща-профиль концентрации», создавались дополнительные обучающие пары, в которых профиль концентрации оставался прежним, а оптические толщи для тропосферных высот приравнивались -1, последовательно для высот [h1], [h1, h2], ..., [h1, hm]. Всего m пар для каждого профиля концентрации, где hm - начало стратосферных высот. Все обучающие выборки приводились к интервалу [0,1].

Для реализации описанного метода была создана программа, позволяющая обучать нейронную сеть методом обратного распространения ошибки и проверять ее работу на данных, не входящих в выборку обучения. Для этого берется профиль концентрации озона, моделируется оптическая толща и нейронной сетью восстанавливается профиль концентрации озона. Полученные сетью значения сравниваются с модельными значениями, затем вычисляется ошибка работы сети.

Ошибка восстановления в тропосфере концентрации озона для случая восстановления по стратосферным оптическим данным увеличивается на 1-3%, что связано с меньшей информативностью во входных данных.

ГАРМОНИЯ ИНДУКТИВНЫХ И ДЕДУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОБУЧЕНИИ МЕТОДАМ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ

Статья в формате PDF 250 KB...

31 08 2026 22:15:17

СОРТИРОВКА ВЕЩЕСТВ ПО ПРИЗНАКАМ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПРОФИЛИРОВАННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ

Статья в формате PDF 110 KB...

30 08 2026 11:32:43

ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ОТЯГОЩЕННОСТИ ПО АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ И ОТНОСИТЕЛЬНОГО УДЛИНЕНИЯ ИНТЕРВАЛА QT НА ЭКГ У КЛИНИЧЕСКИ ЗДОРОВЫХ ЛИЦ

Статья в формате PDF 113 KB...

29 08 2026 16:28:30

СОЮЗ ФИЗИКИ И ИСКУССТВА (СИММЕТРИЯ)

Статья в формате PDF 249 KB...

28 08 2026 23:58:23

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИКИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

Статья в формате PDF 130 KB...

27 08 2026 7:39:19

ОТ ХРИСТИАНСКОЙ АНТРОПОЛОГИИ – К НООСФЕРЕ

Статья в формате PDF 106 KB...

26 08 2026 4:22:50

О РЕЗУЛЬТАТАХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНКЦИИ НЕЙРОНОВ СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА, ПОВРЕЖДЁННЫХ ОСТАНОВКОЙ КРОВОТОКА

Статья в формате PDF 135 KB...

25 08 2026 3:49:23

ЭЛЕКТРОННАЯ КОММЕРЦИЯВНЕШНИЙ ФАКТОР МОДИФИКАЦИИ СИСТЕМЫ ВНУТРЕННЕГО АУДИТА И КОНТРОЛЯ В СТРАТЕГИИ ФИРМЫ

Статья в формате PDF 232 KB...

24 08 2026 1:45:43

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕКОТОРЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ВОДАХ Р. СУСУИ В ВЕСЕННЕ-ЛЕТНИЙ ПЕРИОД (ЮГ САХАЛИНА)

Статья в формате PDF 117 KB...

23 08 2026 11:16:15

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННОСТЕЙ РАКА ПРЕСНОВОДНОГО

Статья в формате PDF 151 KB...

22 08 2026 13:57:57

КУЛЬТУРА КАБАЧКА И ЕГО КАЧЕСТВО ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья в формате PDF 132 KB...

21 08 2026 6:36:42

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕМАТОСАЛИВАРНОГО БАРЬЕРА У ДЕТЕЙ С ГАСТРОДУОДЕНАЛЬНЫМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

Изучено состояние гемато-саливарного барьера по показателям перекисного окисления липидов, оксида азота, антиоксидантной защиты и макроэлементов у детей с хроническим гастродуоденитом и функциональной диспепсией. Показано, что нарушения в функционировании барьера имеют значение в механизмах повреждения желудка и двенадцатиперстной кишки. Учитывая достоверные изменения метаболического профиля слюны, различные при воспалительных и функциональных заболеваниях гастродуоденальной зоны, предложено использовать его параметры для неинвазивной скрининговой диагностики этой патологии. ...