undefined

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 enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Helsingin yliopisto

Boy Michael

Clusius Petri

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Emojulkaisun nimi

Neural Networks

Kustantaja

Elsevier

Volyymi

184

Artikkelinumero

107106

Julkaisu­foorumi

63865

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