بررسی روند تغییرات NO2 تروپوسفری شهر کرمانشاه با استفاده از سنجنده OMI و ارتباط آن با پارامترهای هواشناسی
محورهای موضوعی : آلودگی هوا
1 - دانشگاه تهران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
امروزه افزایش و توسعه شهرنشینی، فعالیت های صنعتی و مصرف سوخت های فسیلی آلودگی هوا را در شهرهای بزرگ افزایش داده است. یکی از شاخص های آلودگی هوا دی اکسید نیتروژن است. در این مقاله به مطالعه روند تغییرات غلظت دی اکسید نیتروژن مربوط به تروپوسفر در شهر کرمانشاه در بازه زمانی 1385 تا 1397 ارائه شده است. در این مطالعه غلظت ماهانه دی اکسید نیتروژن بدست آمده نشان می دهند بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن در فصل زمستان و کمترین مقدار در تابستان اتفاق می افتد. به طوریکه بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن در ماه دی و کمترین مقدار آن در ماه خرداد اتفاق می افتد شرایط هواشناسي مي تواند شدت آلودگي دی اکسید نیتروژن تروپوسفري و گستردگي آن را بیشتر كند. نتایج غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری با پارامترهای هواشناسی نشان دادند ضریب همبستگی پیرسون دی اکسید نیتروژن با باد و دمای سطحی به ترتیب رابطه معکوسی دارد همچنین همبستگی پیرسون دی اکسید نیتروژن با بارش رابطه مستقیمی دارد که نشان می دهد با افزایش سرعت باد غلظت دی اکسید نیتروژن کاهش می یابد برای پایش دی اکسید نیتروژن از سنجنده OMI استفاده شد. در این مطالعه دی اکسید نیتروژن با استفاده از سنجنده OMI در دو ماه فوریه و جولای 2016 نشان داد که در ماه فوریه مقدار دی اکسید نیتروژن بیشتر و در ماه جولای این مقدار کمتر است.
Today, the increase and development of urbanization, industrial activities and the consumption of fossil fuels have increased air pollution in large cities. One of the indicators of air pollution is nitrogen dioxide. In this paper, the trend of changes in the concentration of nitrogen dioxide related to the troposphere in the city of Kermanshah in the period 2006 to 2018 is presented. In this study, the monthly concentrations of nitrogen dioxide obtained show that the highest amount of nitrogen dioxide occurs in winter and the lowest amount occurs in summer. As the highest amount of nitrogen dioxide occurs in January and the lowest amount occurs in June, meteorological conditions can increase the severity and extent of tropospheric nitrogen dioxide pollution. The results of tropospheric nitrogen dioxide concentration with meteorological parameters showed that the correlation coefficient of Pearson nitrogen dioxide with wind and surface temperature are inversely related, respectively. Reductions an OMI sensor was used to monitor nitrogen dioxide. In this study, nitrogen dioxide using an OMI sensor in February and July 2016 showed that the amount of nitrogen dioxide was higher in February and lower in July.
پژوهش و فناوری محیط زیست،1400 6(9)، 129-142
| |||
بررسی روند تغییرات NO2 تروپوسفری شهر کرمانشاه با استفاده از سنجنده OMI و ارتباط آن با پارامترهای هواشناسی
|
رسول باقرآبادی*
|
رسول باقرآبادی11
|
1- دانش آموخته کارشناسی ارشد علوم و مهندسی محیطزیست، دانشگاه تهران |
چکیده |
دی اکسید نیتروژن نه تنها یک آلاینده بالقوه هوا در محیطهای شهری و صنعتی است بلکه پیش ماده مه دود فتوشیمیایی و آلاینده ازن است. محیطهای شهری دارای غلظت تروپوسفری بالا و نزدیک به سطح هستند دی اکسید نیتروژن تأثیر زیادی بر سلامتی انسان دارد و افزایش آن در هوا باعث بیماریهای بسیاری میشود. از این رو پایش میزان آلاینده دی اکسید نیتروژن و تغیرات آن از جمله موارد مهم در مدیریت کلان شهرها است. از این رو با توجه به اهمیت دی اکسید نیتروژن در آلودگی هوا، در این پژوهش به بررسی غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری با پارامترهای هواشناسی و بررسی با استفاده سنجنده OMI در بازه زمانی 1385 تا 1398 پرداختهایم. در این مقاله از تصاویر سنجنده OMI که بر روی ماهواره Aura قرار دارد، برای بررسی دی اکسید نیتروژن در لایه تروپوسفر استفاده شده است. نتایج نشان داد بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن در ماههای سرد سال و کمترین مقدار در ماههای گرم سال اتفاق میافتد. شرایط هواشناسي ميتواند شدت آلودگي دی اکسید نیتروژن تروپوسفري و گستردگي آن را بیشتر كند. نتایج غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری با پارامترهای هواشناسی نشان دادند ضریب همبستگی پیرسون دی اکسید نیتروژن با سرعت باد، دید افقی و دمای سطحی به ترتیب رابطه معکوسی دارد همچنین همبستگی پیرسون دی اکسید نیتروژن با رطوبت نسبی رابطه مستقیمی دارد. |
كليد واژه‌ها: آلودگی هوا، کرمانشاه، دی اکسید نیتروژن، پارامترهای هواشناسی، OMI |
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: rasul.bagherabad@ut.ac.ir
Journal of Environmental Research and Technology, 6(9)2021. 129-142
|
Investigation of tropospheric NO2 changing procedure in Kermanshah city using the OMI sensor and its relationship with meteorological parameters Rasoul Bagherabadi 11* 1- MSc in Environmental Science and Engineering, Tehran University, Tehran, Iran |
Abstract Nitrogen dioxide is not only a potential air pollutant in urban and industrial area but it is a photochemical smog precursor and pollutant ozone. Urban area has high tropospheric concentrations and close to the earth surface. Nitrogen dioxide has a great impact on human health and its increase in the air causes many diseases. Therefore, monitoring the amount of nitrogen dioxide and its changes is one of the important issues in metropolitan management. Considering the importance of nitrogen dioxide in air pollution, tropospheric nitrogen dioxide concentration with meteorological parameters the trend of changing the tropospheric nitrogen dioxide using OMI sensor in the period 2006 to 2019 has been investigated in this research. OMI sensor images placed on the Aura satellite are used to study nitrogen dioxide in the troposphere layer. The results showed that the highest amount of nitrogen dioxide occurred in the cold months of the year and the lowest amount occurred in the warm months of the year. Meteorological conditions can increase the severity of tropospheric nitrogen dioxide pollution and spread it further. The results of tropospheric nitrogen dioxide concentration with meteorological parameters showed that the correlation coefficient of Pearson nitrogen dioxide is inversely related to wind speed, horizontal visibility and surface temperature respectively. Also, Pearson correlation of nitrogen dioxide is directly related to relative humidity. |
Keywords: Air pollution, Kermanshah, NO2, Meteorological parameters, OMI |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: rasul.bagherabad@ut.ac.ir
مقدمه
آلایندههای شیمیایی خطرناک توسط تعدادی از فعالیتهای طبیعی و مصنوعی تولید شده و وارد محیطزیست میشوند و درنهایت موجب بروز اثرات نامطلوب بر سلامتی انسان و محیطزیست میشوند. امروزه بسياري از شهرهاي مهم دنيا با مشكلات محيطزيستی مواجه هستند، كه در راس آنها وضعيت کيفيت هوا است، از این رو در شهرهاي بزرگ شهروندان در معرض هواي آلوده قرار میگیرند (Piraino et al., 2006). آلودگی هواي شهرها یکی از این معضلات بوده که همواره تهدیدي دائم و جدي براي سلامت و بهداشت جامعه و همچنین محیطزیست است. هوای پاک یک ضرورت برای رفاه و سلامتی انسان است. آلودگی هوا برای انسان و سایر موجودات یک خطر اصلی محسوب میشود و به عنوان یکی از چالشهای محیطزیستی به شمار میرود (Abdul Aziz & Mohd Ali, 2019)، (محمدی و همکاران، 1395). از طرفی آلودگی هوا جزء ده عامل مهم افزایش مرگومیر در دنیا شناخته شده است (غیاث الدین، 1394)، (Wong, Vichit-Vadakan, Kan, & Qian, 2008)، (Larsen, 2011). شاخص آلودگی که عمدتاً مورد استفاده قرار گرفته شامل ذرات محیطی، آلایندههای گازی مانند دی اکسید نیتروژن (NO2)، دیاکسیدگوگرد (SO2)، ازن (O3) و مونواکسید کربن (CO) است هر کدام از این آلایندهها دارای اثرات متعددی بر سلامت انسان و محیطزیست میباشند (Schwartz, 2005)، (Katsouyanni et al., 1997)، (Cao et al., 2009).
دی اکسید نیتروژن (NO2) یکی از مهمترین آلایندههای هوا است و به شدت با تراکم جمعیت ارتباط دارد از این رو در بسیاری از شهری بزرگ و صنعتی یک مسئله محیطزیست قابل توجه است که عمدتاً توسط حمل و نقل شهری منتشر میشود (Schneider, Lahoz, & van der A, 2015). دی اکسید نیتروژن گازی قرمز متمایل به نارنجی نزدیک به قهوهای، و احتمالاً غلظت یک ppmآن با چشم قابل تشخیص است. سمی و دارای نقطه جوش 2/21 درجه سانتیگراد و فشار جزئی کم آن را در حالت گازی نگه میدارد این گاز خورنده، اکسیدان قوی است (دبیری، 1394)، (یزدانی و همکاران، 1398)، (Tiwary & Williams, 2018). دی اکسید نیتروژن جزء گازهای گلخانهای محسوب میشود و افزایش آن سبب گرم شدن زمین خواهد شد (Solomon et al., 2007). دی اکسید نیتروژن در هوا عمدتاً براثر احتراق سوخت نیروگاه‌ها و وسایل نقلیه منتشر میشود (Chen et al., 2012). NOX ابتدا بهصورت اکسید نیتروژن در جریان احتراق از ترکیب ازت و اکسیژن هوا در درجه حرارات و بخصوص در موتورهای احتراق داخلی تشکیل میشود و پس از ورود به هوا به سرعت تبدیل به دی اکسید نیتروژن میشود (زلقی و همکاران، 1393). دی اکسید نیتروژن از نظر فیزولوژیکی محرک مجاری تنفسی تحتانی است و میزان سمیت آن چندین برابر سمیت NO است و باعث بروز اثراتی بر سلامتی انسان مانند ایجاد تغییراتی در بافت کلیه و کبد، کاهش ایمنی در برابر بیماریهای عفونی، حساسیت در برابر باکتریها و افزایش احتمال عفونتهای ویروسی شود (مصطفی و همکاران، 1395). همچنین افزایش غلضت دی اکسید نیتروژن میتواند تاثیر مستقیم و موثری در افزایش میزان موارد مرگ قلبی-عروقی و بیماری انسداد ریوی داشته باشد (زلقی و همکاران، 1393). همچنین دی اکسید نیتروژن در واکنش با بخار آب در هوا تولید اسید نیتریک میکند که باعث پوسیدگی فلزات میشود. در شرایط جوی ساکن غلظت دی اکسید نیتروژن در جو افزایش قابل توجهی پیدا میکند که برخی موارد ایجاد مه-دود کرده و افق دید را کاهش میدهد. دی اکسید نیتروژن میتواند اثرات منفی زیادی بر رشد گیاهان بگذارد (Challen, Hickish, & Bedford, 1958).
در خصوص روند تغییرات غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری پژوهشهای متعددی در چند دهه گذشته منتشر شده است که در این مقاله به برخی از آنها اشاره میشود. ژانگ و همکاران (2003) چشمههای اکسیدهای نیتروزن در آمریکا را بررسی کردند و به نتیجه رسیدند که برق حاصل از رعد و برق تابستانی در آمریکا نقش مهمی در غلظت اکسیدهای نیتروژن دارد (Zhang, Tie, & Bond, 2003). دیوید و نایر (2013) ، تغییرات فصلی و مکانی دی اکسید نیتروژن را در هند با استفاده از سنجنده OMI مورد بررسی قرار دادند. که مقدار دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در شمال بیشتر و در جنوب هند این مقدار کمتر است و دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در مناطق اقیانوس هند روندی افزایشی دارد (David & Nair, 2013). لامسل و همکارن (2015) روند دی اکسید نیتروزن اندارهگیری شده توسط سنجنده OMI و دادههای دی اکسید نیتروژن سازمان کیفیت هوا در ایلات متحده آمریکا را برای بازه زمانی 2005 تا 2013 مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که در هر دو اندازهگیری زمینی و ماهوارهای، روند دی اکسید نیتروژن در بین سالهای 2005 تا 2013 روبه کاهش است (Lamsal et al., 2015). شرعی پور و علی اکبری (1391) شاخص آلودگی هوا از نظر آلاینده دی اکسید نیتروژن را در تهران بررسی کردند. و به این نتیجه رسیدند که طی ماههای دسامبر و آگوست، روند بلند مدت آلاینده دی اکسید نیتروژن برای بازهی زمانی 2001 تا 2011 افزایشی بوده است. ملکی و بیات (1395) در مطالعهی که به بررسی دی اکسید نیتروژن شهر تهران با استفاده از سنجنده OMI داشتند به این نتیجه رسیدند که بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن در فصل سرد سال و کمترین مقدار آن در فصل گرم سال اتفاق میافتد. مراد حاصلی (1396) در بررسی که به تغییرات دی اکسید نیتروژن تروپوسفری با استفاده از سنجنده OMI در بازه 14 ساله در ایران داشت به این نتیجه رسید که بیشترین آلودگی دی اکسید نیتروژن غالب برای 24 مرکز استان در فصل تابستان اتفاق میافتد. شاه محمدی و همکاران (1399) در مطالعهی به بررسی آلودگی هوای شهر تبریز با استفاده از برآوردهای دی اکسید نیتروژن سنجنده OMI پرداختند و به این نتیجه رسیدند که بیشترین مقدار انحراف معیار دیاکسید نیتروژن در فصل زمستان و کمترین مقدار آن در فصل تابستان رخ داده است و اهمیت باد را در تغییرات دی اکسید نیتروژن بیشتر است.
با توجه به اینکه آلودگی هوا تاثیر مستقیمی بر سلامت انسان دارد. از این رو پایش میزان آلایندههای هوا و تغیرات آن مانند دی اکسید نیتروژن از جمله موارد مهم در مدیریت کلان شهرها است. از این رو با توجه به اهمیت دی اکسید نیتروژن در آلودگی هوا، در این پژوهش به بررسی غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری با پارامترهای هواشناسی و بررسی با استفاده سنجنده OMI در بازه زمانی 1385 تا 1398 پرداختهایم. در این پژوهش، تغييرات فصلي دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در شهر کرمانشاه بررسي شده است. سپس روند بلند مدت غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری و مقايسه دی اکسید نیتروژن تروپوسفري براي شهر کرمانشاه انجام و تأثير پارامتراهای هواشناسي در تغييرات غلظت دی اکسید نیتروژن بررسي شده است. همچنین در این پژوهش برای تعیین دی اکسید نیتروژن در سطح شهر کرمانشاه از سنجنده OMI، تصاویر آلودگی دی اکسید نیتروژن برای سال 2019 برای شهر کرمانشاه استخراج گردید.
شهر كرمانشاه، مركز شهرستان کرمانشاه و مهمترين شهر در منطقه مركزي غرب ايران اسـت. مساحت شهر کرمانشاه 10000 هکتار است. شهر کرمانشاه در مختصات جغرافیایی 34 درجه، 19 دقیقه عرض شمالی و 47 درجه، 7 دقیقه طول شرقی از نصف‌النهار گرینویچ قرار گرفته است. ارتفاع شهر کرمانشاه 1322 متر از سطح دریا است. آب‌‌‌وهوای نیمه خشک با میانگین بارش سالانه 7/444 میلی‌متر و میانگین دمای 3/14 درجه سلسیوس است ( باقرآبادی و بیدل، 1399)، (Zallaghi et al., 2014). شکل (1) مختصات جغرافیایی شهر کرمانشاه را نشان داده شده است.
شکل 1: مختصات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه
شکل 2: مختصات جغرافیایی ایستگاه هواشناسی و ایستگاه پایش محیطزیست شهر کرمانشاه
مواد روشها
در این مطالعه، دادههای دی اکسید نیتروژن ایستگاه زیبا پارک شهر کرمانشاه از 1385 تا 1398 به صورت 24 ساعته از اداره کل محیطزیست استان کرمانشاه دریافت گردید میانگین روزانه، ماهیانه و فصلی دی اکسید نیتروژن از مقادیر ساعتی آن با نرم افزار EXCEL محاسبه گردید. و به صورت نمودار ترسیم گردید. از طرفی یکی از اهداف این مقاله بررسی رابطه دی اکسید نیتروژن با پارامترهای هواشناسی (دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد) است. به منظور تعیین ارتباط بیین متغیرها مورد بررسی از تحلیل رگرسیون و همبستگی استفاده شد.
در این مقاله، به منظور بررسی نرمال بودن دادهها از آزمون شایپرو-ویلک (Shapiro-Wilk) و کولموگروف-اسمیرنوف (Kolmogorov-Smirnov) استفاده شد و با توجه به نرمال بودن داده جهت تعیین میزان همبستگی بین غلظت دی اکسید نیتروژن و پارامترهای هواشناسی از ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد. سپس از روش رگرسیون خطی جهت بررسی روابط بین متغیرهای اقلیمی و غلظت دی اکسید نیتروژن استفاده شد. در تحليل آمارى بين غلظت آلاينده دی اکسید نیتروژن و پارامترهاى هواشناسى از نرم افزار آمارىSPSS22 ، استفاده شد. پارامترهاى هواشناسى مورد استفاده دراين تحقيق شامل: دما، رطوبت نسبی و سرعت باد بودند. غلظت دی اکسید نیتروژن در تحليل آمارى بهعنوان متغير وابسته در نظر گرفته شد، و پارامترهاى هواشناسى بهعنوان متغير مستقل انتخاب شدند.
دادهها ماهواره Aura در تاریخ ١۵ جولای ٢٠٠۴ در مداری حول قطبی قرار داده شد. ویژگی این نوع مدارها این است که اجرام مستقر در آنها میتوانند هماهنگ با خورشید در طول جغرافیایی جابهجا شوند و همزمان در راستای جنوب به شمال یا شمال به جنوب هم حرکت کنند. در این حالت ماهواره همواره خط استوا را در ساعت محلی مشخصی قطع میکند. Aura در مدار خود با هر بار چرخش حول کره زمین در حرکتی رو به شمال استوا را در ساعت ۴۵: ١٣ محلی قطع میکند. سنجندهOMI عمود بر مدار حرکت Aura منطقهای به عرض ٣۶٠٠ کیلومتر را جاروب میکند. هدف از این جاروب این است که هر روز کل سطح زمین پوشش داده شود. همچنین دادهبرداری OMI شامل طول موجهای فرابنفش تا مرئی( ٢٧٠ تا ۵0٠ نانومتر) است (مراد حاصلی، 1396).
از آنجا که واحد هر شبکه دادهای ماهوارهای ستون دی اکسید نیتروژن تروپوسفری حدود 10 کیلومتر است و دی اکسید نیتروژن نزدیک سطح زمین به صورت نقطهای اندازهگیری شده است، تغییرات محلی آن به علت چشمههای مختلف میتوانند بسیار زیاد است. این دادهها معمولاً با یکدیگر مقایسه میشوند و تبدیل دو واحد molec/cm2 و ppb آلاینده دی اکسید نیتروژن در تحقیقات متداول نیست، اما تقریباً یک واحد ppb معادل molec/cm2 1015×5/2 است (شرعی پور و بیدختی، 1393).
در این مطالعه از دادههای متوسط ماهانه OMI برای دو تاریخ ژوئن و دسامبر 2019 به عنوان نمونه ماههای گرم و سرد سال از سایت https://www.temis.nl/airpollution/no2col/no2regioomimonth_qa.php استفاده کرده ایم.
در این مطالعه برای مطالعه رژیم بادی (گلباد) در یک بازه زمانی 12 ساله (2007 تا 2017) که به صورت ماهانه، فصلی، سالانه و کل در نظر گرفته شده است به این منظور ابتدا، دادههای ساعتی ایستگاه کرمانشاه سینوپتیک در دوره آماری ذکر شده از اداره کل هواشناسی کشور دریافت شد. از میان این دادهها تاریخ و ساعت دیده‌بانی، سرعت و جهت باد گردآوری شد و به شکل قابل استفاده برای نرم افزار تبدیل شد. پس از آن به منظور تجزیه وتحلیل دادهها از نرم افزار WRPLOT View Freeware 8.0.2 که برای انجام محاسبه آماری باد و رسم گلباد برای ایستگاه کرمانشاه در 16 جهت و نه طبقه سرعت طراحی شده، استفاده شد ( امیدوار و نکونام، 1390).
یافتههای پژوهش
با توجه به شکل (3) روند تغییر دی اکسید نیتروژن ساعتی را در طول شبانه روز قابل مشاهده است. بر اساس جدول (1) تغییر دی اکسید نیتروژن در شبانه روز به 4 دسته تقسیم‌بندی میشود. الف) دسته اول که دارای کمترین مقدار دی اکسید نیتروژن است از ساعت 1 بامداد تا ساعت 6 صبح شامل میشود. ب) دسته دوم شامل روند افزایشی دی اکسید نیتروژن که با آغاز فعالیتهای انسانی از ساعت 6 صبح تا 11 ظهر است. ج) دسته سوم روند کاهشی دی اکسید نیتروژن در طول شبانه روز است از ساعت 11 ظهر تا 8 عصر به دلیل مصرف دی اکسید نیتروژن است. د) دسته چهارم روند افزایشی دی اکسید نیتروژن از ساعت 8 عصر تا 12 بامداد است.
شکل 3 مقدار دی اکسید نیتروژن ساعتی
جدول 1: تقسیم بندی روند تغییرات دی اکسید نیتروژن شبانه روزی
مقدار دی اکسید نیتروژن | کمترین مقدار شبانه | روند افزایشی روزانه | روند کاهشی شبانه | روند افزایشی شبانه |
ساعات شبانه روزی | از ساعت 1 بامداد تا 6 صبح | از ساعت 6 صبح تا 11 ظهر | از ساعت 11 ظهر تا 8 عصر | از ساعت 8 عصرتا 12 بامداد |
در شکل (4) مقدار دی اکسید نیتروژن و ازون نشان داده شده است. بیشترین مقدار غلظت آلایندههای دی اکسید نیتروژن با غلظت ازون از رابطه عکس برخوردار بوده و بیشترین مقدار غلظت ازون چند ساعت بعد از بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن و با مصرف دی اکسید نیتروژن رخ میدهد. بدین صورت که غلظتهاي بالاي دی اکسید نیتروژن، باعث حذف رادیکالهاي OH در واکنش بین OH و NO2 میشود. از این رو غلظت دی اکسید نیتروژن با افزایش فعالیتهاي انسانی و منابع متحرک (خودردوها) به بیشترین مقدار غلظت خود میرسد. و به عنوان پیش ماده تولید ازون به مصرف میرسد. همانطور که در شکل (4) قابل مشاهد است بیشترین غلظت ازون همراه با کاهش غلظت دی اکسید نیتروژن در هوا است که به دلیل مصرف دی اکسید نیتروژن است.
شکل 4: مقدار غلظت ازون ساعتی و دی اکسید نیتروژن
بررسی تغییرات فصلی آلاینده دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در شکل (5) نشان میدهد که بیشینه غلظت در فصل زمستان و کمینه در فصل تابستان رخ میدهد که با نتایج پورزمانی و همکاران (1397) مطابقت دارد. همانطور که مشاهد میشود به ترتیب فصلهای زمستان، پاییز، بهار و تابستان بیشترین مقدار غلطظت دی اکسید نیتروژن را درا هستند. از دلایل مهم افزایش دی اکسید نیتروژن در فصل زمستان میتوان به ماندگاری بیشتر و گیر افتادن آلودگی در مناطق شهری در اثر پدیده‌های جوی اشاره کرد. همچنین میانگین ماهانه غلظت دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در شهر کرمانشاه نشان میدهد که بیشترین مقدار غلظت دی اکسید نیتروژن در ماه دی اتفاق میافتد.
شکل 5 دی اکسید نیتروژن فصلی
شکل 6 دی اکسید نیتروژن ماهانه
نتایج شکل (7 الف) میانگین دمای سطحی نیز نشان میدهند که در فصلهای پاییز و زمستان کمترین مقدار دمای سطحی را دارا میباشند. در زمستان دمای هوا کمتر بوده و هوا پایدارتر است و سبب میشود هوا در زمستان آلودهتر باشد. سرمای زمستان موجب مصرف انرژی بیشتر و در نتیجه تولید آلایندههای بیشتری از جمله دی اکسید نیتروژن میشود (Roberts–Semple, Song, & Gao, 2012). که با نتایج شرعی پور و بیدختی (1393) و شاه محمدی و همکاران (1397) مطابقت دارد. اما در تابستان به علت گرمای زیاد برخی فرآیندهای شیمیایی در هوا موجب تولید ازون تروپوسفری شده و ماندهگاری دی اکسید نیتروژن در هوا را کاهش میدهند (Van Der A et al., 2006).
نتایج در شکل (7 ب) نشان میدهند که کمترین مقدار رطوبت نسبی در فصل تابستان است. در برخی از روزها رطوبت نسبی باران یا برف موجب تمیز شدن جو میشوند. اما تغییرات جوی در زمستان از لحاظ آلودگی هوا زیاد است که موجب بالا بودن میانگین دی اکسید نیتروژن در این فصل میشوند. به عبارت دیگر رطوبت نسبی با عمل شستشوی ميتواند باعث كاهش آلايندههاي هوا از جمله دی اکسید نیتروژن شود اما این عمل به طور موقت بوده و آلودگی بعد رطوبت نسبی روند افزایشی خود را طی میکند.
نتایج شکل (7 ج) میانگین ماهانه سرعت باد را نشان میدهند که بیشترین سرعت باد در ماههای گرم سال و کمترین سرعت باد در ماههای سرد اتفاق میافتد. نتایج تغييرات ميانگين غلظت آلاينده دی اکسید نیتروژن با تغييرات ميانگين سرعت باد در شهر کرمانشاه نشان ميدهد كه سرعت باد با غلظت دی اکسید نیتروژن ارتباط عكس دارد که با نتایج عرب و میرکریمی (1394) مطابقت دارد. کاهش سرعت باد و سکون هوا سبب وقوع وارونگی دما در فصل زمستان میشوند تا آلودگی به تله افتاده و قادر به خروج از مناطق شهری کرمانشاه نباشد و غلظت دی اکسید نیتروژن در فصل و ماههای سرد سال افزایش پیدا کند که با نتایج بیات و عصارعنایتی (1396) مطابقت دارد.
نتایج (شکل 7 د) میانگین ماهانه دید افقی شهر کرمانشاه نشان میدهد که بیشترین دید افقی در بهار و تایستان و کمترین دید افقی در فصل پاییز و زمستان اتفاق میافتند که با نتایج ( شاهمحمدی و همکاران، 1399) مطابقت دارد.
شکل 7 (الف(، میانگین دمای هوا (ب)، میانگین رطوبت نسبی (ج)، میانگین سرعت باد (د) دید افقی
نتایج گلبادهای برای بازه زمانی 1385 تا 1398 بررسی شد. با توجه به رسم گلباد در دوره آماری (شکل 8) مشخص شد که جهت باد غالب از غرب، شمال غرب غربی است. بادهای با سرعت 10/2-5/0، 70/5-60/3، 60/3-10/2 و 80/8-70/5 بیشترین مقدار را دارند و پس از آن بادهای با سرعت 10/11-80/8 و 10/11=< کمترین مقدار را دارا هستند.
شکل 8: گلباد بازه زمانی 1385 تا 1398
جهت بررسی ارتباط بین دی اکسید نیتروژن و پارامترهای هواشناسی (سرعت باد، دما هوا، رطوبت نسبی) از همبستگی پیرسون استفاده شد اما شرط لازم برای استفاده از همبستگی پیرسون نرمال بودن دادهها است. که نرمال بودن دادههای مورد استفاده در این مقاله اثبات گردید. نتایج رابطه رگرسیونی و پیرسون بین پارامترها هواشناسی با غلظت دی اکسید نیتروژن در شکل (9) و جدول (2) نشان داده شده است. رگرسیون خطی و آزمون همبستگی پیرسیون رابطه مستقیمی با رطوبت نسبی و رابطه معکوسی با دمای هوا، دید افقی و سرعت باد دارد. جدول (2) مقدار احتمال، سطح معنیداری بین متغیرها را نشان میدهد، به طوریکه دما و دید افقی حداکثر سطح معنیداری را با دی اکسید نیتروژن دارند و پس از آن سرعت باد و رطوبت نسبی دارای سطح معنیداری با دی اکسید نیتروژن دارد. تک ستاره نشان دهنده معنیداری در سطح 5 درصد و دو ستاره نشان دهنده معنیداری در سطح 1 درصد (بالاترین سطح معنیداری) است.
شکل 9 رابطه رگرسیونی بین دی اکسید نیتروژن و پارامترهای هواشناسی
جدول 2 همبستگی پیرسون بین دی اکسید نیتروژن و پارامترهای هواشناسی
پارمترهای هواشناسی | ضریب همبستگی پیرسون | مقدار احتمال | تعداد مشاهدهها |
سرعت باد | *0.698- | 0.012 | 12 |
دمای هوا | **0.908- | 0.00 | 12 |
رطوبت نسبی | **0.891 | 0.00 | 12 |
دید افقی | **0.904- | 0.00 | 12 |
بهمنظور بررسی آلودگی هوای شهر کرمانشاه شاخص دی اکسید نیتروژن اندازهگیری شده سنجنده OMI در دو تاریخ و برای شهر کرمانشاه استخراج شده است. که در شکلهای (10 و 11) آورده شده است. همانطورکه در شکل نشان میدهد در ماههای ژوئن و دسامبر 2019 مقدار دی اکسید نیتروژن با مقدار اندازهگیری شده توسط ایستگاه کیفیت هوا شهر کرمانشاه مطابقت دارد. غلظت این شاخص آلودگی در زمستان بیشتر از سایر فصلها برابر با ماه دسامبر است. و کمترین مقدار در فصل تابستان برابر با ماه ژوئن مشاهده میشود. همچنین بررسی روند آلودگی هوا در سالهای قبل نشان میدهد که بیشترین سطح آلودگی دی اکسید نیتروژن در فصلهای پاییز و زمستان و درماههای آبان تا اسفند اتفاق میافتد. که آن را میتوان به پدیده وارونگی هوا و افزایش مصرف سوختهای فسیلی در پاییز و زمستان نسبت داد. همانطورکه در پیکسلهای مربوط به شهر کرمانشاه مشاهده میشود در ماه دسامبر روند معنادار قابل مشاهده است. که با نتایج مرادحاصلی (1396) مطابقت دارد. در ماه ژوئن در شکل (10) همانطور که قابل مشاهده است مقدار غلظت دی اکسید نیتروژن کاهشی است که با دادههای ایستگاه پایش محیطزیست مطابقت دارد. در فصل تابستان بهعلت گرمای زیاد تابستان برخی فرآیندهای شیمیایی در هوا موجب تولید ازون تروپوسفری شده و ماندگاری اکسیدهای نیتروژن را کاهش میدهند افزایش غلظت به علت افزایش سوختهای فسیلی و افزایش ماندگاری دی اکسید نیتروژن مربوط است. اما در ماه دسامبر در شکل (11) مقدار دی اکسید نیتروژن افزایشی است که به علت وارونگی هوا و ماندگاری دی اکسید نیتروژن این مقدار افزایش است و با نتایج پایش محیطزیست برابری میکند.
شکل 10: نقشه میانگین ماهانه دی اکسید نیتروژن تروپسفری در ماه ژوئن سال 2019
شکل 11 نقشه میانگین ماهانه دی اکسید نیتروژن تروپسفری در ماه دسامبر سال 2019
بحث و نتیجهگیری
تعیین آلودگی هوا در سطح شهر با توجه به تأثیر آن بر سلامتی انسان از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله از دادههای دی اکسید نیتروژن ایستگاه پایش محیطزیست، سنجنده OMI و پارامترهای هواشناسی مانند سرعت باد، دما هوا و رطوبت نسبی بهمنظور بررسی آلودگی هوا ناشی از دی اکسید نیتروژن شهر کرمانشاه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار دی اکسید نیتروژن در فصل پاییز و زمستان و در ماههای سرد سال اتفاق میافتد. دلیل وجود غلظتهاي بيشينه در فصل زمستان را ميتوان مصرف بیشتر سوختهای شهری مانند گاز شهری و وسایل نقليه در كنار شرايط هواشناسي از قبيل سرما، پايداري هوا و وارونگي دما دانست (Mamtimin & Meixner, 2011). بررسی پارامترهای هواشناسی نشان داد دی اکسید نیتروژن با دما، سرعت باد و دید افقی رابطه معکوسی دارد. سرعت باد، دمای هوا و رطوبت نسبی عوامل مهمی برای از بین بردن آلودگی هوا هستند. نتایج نشان میدهد که آلودگی دی اکسید نیتروژن در زمستان با وجود رطوبت نسبی نبست با تابستان بیشتر است. از طرفی وسایل نقليه موتوري عامل مهمتري نسبت به فعاليتهاي صنعتي در توليد دی اکسید نیتروژن تروپوسفري است و افزایش طول عمر دی اکسید نیتروژن در زمستان نسبت به ساير فصول بیشتر است که تصاویر سنجنده OMI نیز این واقعیت را نشان میدهد. پارامترهای هواشناسی مانند سرعت باد، رطوبت نسبی و وقوع وارونگی دما در فصل زمستان موجب میشوند تا آلودگی به تله افتاده و قادر به خروج از شهر کرمانشاه نباشد.
منابع
امیدوار، کمال ، نکونام، زری. (1390). کاربرد گلباد و گل غبار در تحلیل توفانی گردوخاک و تعیین رژیم فصلی بادهای همراه با این توفان( مطالعه موردی: شهرسبزوار). مطالعه¬های جغرافیایی طبیعی، شماره 76. ص 85-104.
بیات، علی، عصار عنایتی، احمد (1396). بررسی همبستگی دیاکسید نیتروژن با باد، دما و دید افقی در شهر تهران با استفاده از اندازهگیریهای مرکز کنترل کیفیت هوای تهران و سنجنده OMI، اولین همایش اندیشه‌ها وفناوری‌های نوین در علوم جغرافیایی، دانشگاه زنجان، گروه جغرافياي دانشگاه زنجان.
پورزمانی، حمیدرضا، کریمی، حسین، فدایی، سعید، تندرو، الهه (1397). بررسی غلظت آلایندههای شاخص منواکسید کربن، دی اکسید نیتروژن و دی اکسید گوگرد در هوای شهر شهرکرد در سال 1395، هشتمین کنفرانس بین المللی توسعه پایدار،عمران و بازآفرینی شهری، قم - موسسه آموزش عالی دانش پژوهان, موسسه آموزش عالي دانش پژوهان پيشرو.
دبیري، مینو و بشیری بد، سهاره (1394). آلودگی محیط زیست (هوا- آب- خاك – صوت). تهران: انتشارات اتحاد.
زلقی، الهه، گراوندی، سحر، نورزاده، مهدی، گودرزی، غلامرضا، شیر بیگی، عصمت، علوی، سیده شقایق، محمدی، محمد جواد (1393). مقایسه شاخص‌های خطر مواجهه با آلاینده دی اکسید نیتروژن بر سلامت شهروندان در جنوب غربی ایران. مجله دانشگاه علوم پزشکی تربت حیدریه. ۱۳۹۳; ۲ (۳) :۲۲-۲۹.
شاه محمدی، عاطفه، بیات، علی، مشهدی زاده ملکی، سعید (1399). بررسی آلودگی هوای شهر تبریز با استفاده از برآوردهای دی اکسید نیتروژن سنجنده اُمی. فصلنامه جغرافیا و برنامه ریزی. 1393; 24 (71).
شرعی پور، زهرا، علی اکبری بیدختی، عباسعلی (1393). بررسی وضعیت NO2 تروپوسفری ایران طی سالهای 2004 تا 2012. محیط شناسی. 40 (1) :65-78.
عرب، نرگس، میرکریمی، سید حامد (1394). بررسي تغييرات آلايندههاي ازن، مونواكسيد كربن و دي اكسيد نيتروژن در ايستگاه اقدسيه در طول سال 1391 در شهر تهران، فصلنامه انسان و محيط زيست، سال سیزدهم، شماره 2 : 35-43.
غیاث الدین، منصور. (1394). آلودگی هوا. تهران: انتشارات دانشگاه علوم پزشکی تهران.
محسن یزدانی، محسن، گودرزی، غلامرضا، طهماسبی بیرگانی، یاسر، کریمی، افسانه، حیدری، سیده صبا (1398). برآورد اثرات بهداشتی آلاینده دی اکسید نیتروژن در هوای شهر اهواز 96-1390، هشتمین همایش ملی مدیریت آلودگی هوا و صدا، تهران، دانشگاه تهران.
محمدی، ناهید، ظروفچی بنیس، خالد، شکری، مسعود، شاکر خطیبی، محمد، فاتحی فر، اسماعیل، محمودیان، امیر (1396). تحلیل ارتباط بین ازون سطحی و اکسیدهای نیتروژن در هوای شهر تبریز، نشریه مهندسی و محیطزیست، 47، 1، 107-114.
مرادحاصلی، روح الله (1396). بررس روند و تغییرات فصل دی اکسید نیتروژن تروپوسفری در ایران با استفاده از ١۴ سال داده برداری سنجندە OMI ، مجله نجوم و اخترفیزیک ایران دوره۴ ، شماره ٢ ، پاییز ١٣٩۶.
مصطفی، لیلی، بهرامی اصل، فرشاد، حسام، موسی، ملامحمودی، محمد، سلحشور آرین، سهیلا (1395). برآورد تعداد بیماری و مرگ منتسب به آلایندههای SO2 و NO2با استفاده از مدل AirQ در شهر همدان. مجله پزشكي باليني ابن سينا. ۱۳۹۵; ۲۳ (۴) :۳۱۴-۳۲۲.
ملکی، سعید، بیات، علی (1395). آنالیز طیفی سری زمانی دی اکسید نیتروژن شهر تهران با اندازه گیریهای سنجنده OMI. دومین کنفرانس ملی مهندسی فناوری اطلاعات مکانی. دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مهندسی نقشه برداری.
Abdul Aziz, F. A. B., & Mohd Ali, J. (2019). Tropospheric Ozone Formation Estimation in Urban City, Bangi, Using Artificial Neural Network (ANN). Computational intelligence and neuroscience, 2019.
Cao, J., Li, W., Tan, J., Song, W., Xu, X., Jiang, C., . . . Chen, B. (2009). Association of ambient air pollution with hospital outpatient and emergency room visits in Shanghai, China. Science of the Total Environment, 407(21), 5531-5536.
Challen, P., Hickish, D., & Bedford, J. (1958). An Investigation of Some Health Hazards in an Inert-gas Tungsten-arc Welding-shop. British journal of industrial medicine, 15(4), 276.
Chen, R., Huang, W., Wong, C.-M., Wang, Z., Thach, T. Q., Chen, B., . . . Group, C. C. (2012). Short-term exposure to sulfur dioxide and daily mortality in 17 Chinese cities: the China air pollution and health effects study (CAPES). Environmental research, 118, 101-106.
David, L. M., & Nair, P. R. (2013). Tropospheric column O3 and NO2 over the Indian region observed by Ozone Monitoring Instrument (OMI): Seasonal changes and long-term trends. Atmospheric Environment, 65, 25-39.
Katsouyanni, K., Touloumi, G., Spix, C., Schwartz, J., Balducci, F., Medina, S., . . . Bacharova, L. (1997). Short term effects of ambient sulphur dioxide and particulate matter on mortality in 12 European cities: results from time series data from the APHEA project. Bmj, 314(7095), 1658.
Lamsal, L. N., Duncan, B. N., Yoshida, Y., Krotkov, N. A., Pickering, K. E., Streets, D. G., & Lu, Z. (2015). US NO2 trends (2005–2013): EPA Air Quality System (AQS) data versus improved observations from the Ozone Monitoring Instrument (OMI). Atmospheric Environment, 110, 130-143.
Larsen, B. (2011). Cost assessment of environmental degradation in the Middle East and north Africa region: selected issues. Paper presented at the Economic Research Forum, working paper.
Mamtimin, B., & Meixner, F. X. (2011). Air pollution and meteorological processes in the growing dryland city of Urumqi (Xinjiang, China). Science of the Total Environment, 409(7), 1277-1290.
Piraino, F., Aina, R., Palin, L., Prato, N., Sgorbati, S., Santagostino, A., & Citterio, S. (2006). Air quality biomonitoring: Assessment of air pollution genotoxicity in the Province of Novara (North Italy) by using Trifolium repens L. and molecular markers. Science of the Total Environment, 372(1), 350-359.
Roberts–Semple, D., Song, F., & Gao, Y. (2012). Seasonal characteristics of ambient nitrogen oxides and ground–level ozone in metropolitan northeastern New Jersey. Atmospheric Pollution Research, 3(2), 247-257.
Schneider, P., Lahoz, W. A., & van der A, R. (2015). Recent satellite-based trends of tropospheric nitrogen dioxide over large urban agglomerations worldwide. Atmospheric Chemistry and Physics, 15(3), 1205-1220.
Schwartz, J. (2005). How sensitive is the association between ozone and daily deaths to control for temperature? American journal of respiratory and critical care medicine, 171(6), 627-631.
Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K., . . . Miller, H. (2007). Summary for policymakers. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 1-18.
Tiwary, A., & Williams, I. (2018). Air pollution: measurement, modelling and mitigation: CRC Press.
Van Der A, R., Peters, D., Eskes, H., Boersma, K., Van Roozendael, M., De Smedt, I., & Kelder, H. (2006). Detection of the trend and seasonal variation in tropospheric NO2 over China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 111(D12).
Wong, C.-M., Vichit-Vadakan, N., Kan, H., & Qian, Z. (2008). Public Health and Air Pollution in Asia (PAPA): a multicity study of short-term effects of air pollution on mortality. Environmental health perspectives, 116(9), 1195-1202.
Zallaghi, E., Shirmardi, M., Soleimani, Z., Goudarzi, G., Heidari-Farsani, M., Al-Khamis, G., & Sameri, A. (2014). Assessment of health impacts attributed to PM10 exposure during 2011 in Kermanshah City, Iran. Journal of advances in environmental health research, 2(4), 242-250.
Zhang, R., Tie, X., & Bond, D. W. (2003). Impacts of anthropogenic and natural NOx sources over the US on tropospheric chemistry. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(4), 1505-1509.
