Neural network emulator for atmospheric chemical ODE
Julkaisuvuosi
2025
Tekijät
Liu, Zhi-Song; Clusius, Petri; Boy, Michael
Tiivistelmä
Modelling atmospheric chemistry is complex and computationally intense. Given the recent success of Deep neural networks in digital signal processing, we propose a Neural Network Emulator for fast chemical concentration modelling. We consider atmospheric chemistry as a time-dependent Ordinary Differential Equation. To extract the hidden correlations between initial states and future time evolution, we propose ChemNNE, an Attention based Neural Network Emulator (NNE) that can model the atmospheric chemistry as a neural ODE process. To efficiently capture temporal patterns in chemical concentration changes, we implement sinusoidal time embedding to represent periodic tendencies over time. Additionally, we leverage the Fourier neural operator to model the ODE process, enhancing computational efficiency and facilitating the learning of complex dynamical behavior. We introduce three physics-informed loss functions, targeting conservation laws and reaction rate constraints, to guide the training optimization process. To evaluate our model, we introduce a unique, large-scale chemical dataset designed for neural network training and validation, which can serve as a benchmark for future studies. The extensive experiments show that our approach achieves state-of-the-art performance in modelling accuracy and computational speed.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Emojulkaisun nimi
Kustantaja
Volyymi
184
Artikkelinumero
107106
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
3
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Ei
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Tietojenkäsittely ja informaatiotieteet; Fysiikka
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Ei
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1016/j.neunet.2024.107106
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä