بخشی از مقاله
چکیده
مسیر حرکت ذرات معلق که منجر به وقوع روزهای آلوده می گردند بسیار مهم می باشد. غلظت های بالای PM10 حاصل از پدیده گرد و غبار یکی از مشکلات اصلی آلودگی هوا در شهر تهران است. به منظور تحلیل همدید شرایط وقوع روزهای بسیار آلوده در کلان شهر تهران از داده های آلودگی هوا برای ایستگاه های اقدسیه، شهرداری منطقه 11 و شهرداری منطقه 16 برای سال های 2008 و 2009 استفاده گردید.
هم چنین، داده های چهار بار در روز شامل فشار سطح دریا، مؤلفه های باد مداری و باد نصف النهاری و ارتفاع ژئوپتانسیل از NCEP/NCAR با قدرت تفکیک 2/5 x 2/5 درجه به کار گرفته شد. ابتدا با استفاده از شاخص استاندارد آلودگی هوا - PSI - روزهای بسیار آلوده استخراج گردید و جهت تحلیل همدید شرایط جوی انواع نقشه های ترکیبی برای روز اوج آلودگی به همراه نقشه 24 ساعت قبل تهیه و تولید گردید و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ادامه برای تعیین منشأ ذرات معلق - - PM10 در روزهای آلوده، مدل HYSPLIT در ترازهای ارتفاعی 10، 1500 و 5000 متری به روش پسگرد اجرا شد و در مرحله نهایی تصاویر ماهواره ای Terra از سنجنده ی MODIS با قدرت تفکیک 1 x 1 کیلومتر برای روزهای آلوده تهیه و تفسیر گردیدند.
یافته های تحقیق تحلیل همدید بیانگر آن است که در روزهای پنجم آوریل و بیست وپنجم مارس، عمیق شدن ناوه موج غربی سبب انتقال گرد و غبار از عراق به به سوی ایران و افزایش غلظت PM10 در شهر تهران گردیده است. در خروجی های مدل HYSPLIT در پنجم آوریل منشا آلودگی و ذرات معلق بخشهای مرکزی عراق بوده در حالی که در بیست و پنجم مارس منشا آلودگی و ذرات معلق جنوب، مرکز و شمال عراق بوده است. در نهایت، تصاویر ماهواره ای Terra وجود گرد و غبار از جانب کشور عراق برای پنجم آوریل و بیست و پنجم مارس را به خوبی نشان می دهد.
مقدمه
برای انواع مختلف آلودگی که در هوا منتشر می گردد توجه به این مطلب که آلودگی به کجا حرکت می کند و این که در چه فاصله ای اثرات سوء آن از بین می رود بسیار مهم می باشد. آلاینده هایی که وارد هوا می گردند در مسافتی طولانی منتقل می شوند و توسط جریان هوا در مقیاس کوچک - اغتشاش - این آلاینده ها با هوای تمیز مخلوط گردیده و آلودگی هوا را به وجود می آورند.
اصطلاح PM10 به ذراتی اطلاق می شود که دارای اندازه کوچکتراز 10 میکرون باشند [1] و مخلوطی از ذرات بینهایت کوچک و قطرات ریز پودر شده مایعات بهصو رت معلق در هوا میباشند. ذرات معلق - PM10 - به حد کافی بزرگ و تیره هستند و به صورت دوده و یا مه دود غلیظ جلوی دید را می گیرند و اغلب از منابعی مانند حرکت خودروهای مسافرتی روی جاده های آسفالت نشده، واحدهای دستیابی مواد، آسیاب ها، فرسایش خاک و سطوح مختلف بر اثر وزش باد حاصل می شوند. بعضی از ذرات مستقماًی از منبع آلاینده مانند دودکش ها و اگزوز اتومبیل ها به هوا منتشر می شوند و به راحتی وارد شش ها می گردند و تاثیر به سزایی در کاهش بینایی و سلامتی دارند.
علاوه بر آن بسیاری از مطالعات اپیدمیولوژیک شواهدی را مبنی بر ارتباط بین ذرات معلق و ناتوانی و مرگ روزانه نشان داده اند. در این مطالعات بار بیماری های منتسب به ذرات معلق شامل بیماری های قلبی عروقی و تنفسی، سکته ها و نارسایی های قلبی و سرطان ریه تعیین گردیده است
ذرات معلق از مهم ترین آلاینده ها در شهرهای ایران، به شمار می آیند و بر اساس گزارش برنامه محیطزیست سازمان ملل متحد، ذرات معلق مهمترین آلاینده هوا در شهرهای بزرگ جهان محسوب میشود که میزان انتشار آن ها در بسیاری از شهرها از جمله تهران به سطح خطرناکی رسیده است. براساس بررسیهای سازمان بهداشت جهانی، به ازای افزایش هر 10میکروگرم ذرات معلق، میزان مرگ و میر 1 تا 3 درصد افزایش مییابد.
گزارش ها حاکی از آن است که بر اثر آلودگی هوای تهران 3641 نفر جان خود را از دست داده اند که ذرات معلق با بیش ترین میزان مرگ و میر 2658 - نفر - در سال در بین آلاینده ها در رتبه نخست قرار دارد.
ذرات معلق یکی از شش آلاینده بسیار خطرناک بوده که صدمههای جبرانناپذیری را به بدن انسان وارد میکنند. این آلاینده از موادی مانند اسیدها، فلزات و گرد و غبار تشکیل میشود.
گردوغبار به عنوان یکی از پدیده های جوی به طور مکرر در نواحی خشک و نیمه خشک رخ می دهند و دید افقی را به کمتر از یک کیلومتر کاهش می دهند و آثار و پیامدهای زیست محیطی نامطلوبی از جمله زیان برای سلامت انسان، اقتصاد جامعه و اقلیم دارد
به طوری که نتیجه تحقیقات دانشگاه نیویورک نشان داد که تماس طولانی با ذرات گرد و غبار عامل مهمی در ایجاد بیماری هایی چون سرطان ریه و بیماری های قلبی محسوب می شود. تنفس این هوای آلوده باعث نفوذ این هوا به داخل کیسه های هوایی شده که بی نظمی در ضربان قلب و حملات شدید قلبی و مشکلات تنفسی و سردردهای شدید و ضعف در بینایی و بیماری های پوستی را منجر می شود زیرا که این ذرات فقط حاوی ذرات شن وماسه نیستند و بلکه عناصر فلزات قلیایی نیز در آنهادر حین عبور از مناطق صنعتی دیده می شود مخصوصا گرد وغبارهای اتفاق افتاده درایران که احتمال رادیواکتیویته بودن شان نیز به دلیل عبور از مناطق جنگی آلوده به مواد شیمیایی وجود دارند
ذرات گرد و غبار به دلیل کوچک بودن ذرات شان می توانند تا ارتفاعات بالای جو انتقال و مسافت زیادی را در سطح زمین طی کنند بنابراین اثرات شان فقط محدود به محل وقوع طوفان ها نمی شود بلکه می توان اثرات آنها را کیلومترها دورتر از محل وقوع شان جستجو کرد و همین امر منجر به اهمیت جهانی این گونه حوادث و رویداد ها شده است. تحقیقات گسترده ای در زمینه ی ذرات معلق در جهان انجام شده است.
تاثیر تجمع گرد و غبار روی انرژی ورودی و خروجی نور خورشید توسط اکرمن و هایاسانگ [11] نشان داد که وقتی هوای بالای اقیانوس ها گرد و خاکی است طول موج کوتاه بالای لایه های اتمسفر تا 40- 90 w/m2 افزایش می یابد در حالی که در شرایط بدون گرد و غبار این طول موج 5-20 w/m2 است. در تحقیقی دیگر ونگ و همکارانش [12] نشان دادند که ذرات معلق روی تابش های ورودی و خروجی سطح زمین موثرند و ذرات گرد و غبار تاثیراتی روی جذب نور خورشید در لایه های زیر 3000 متر ی اتمسفر دارد.
انعکاس و جذب نور خورشیدتوسط ذرات گرد و غبار به طور مستقیم در تغییرات آب وهوایی موثر است[13] به طوری که لیگرند و همکارانش [14] همین امر را در بیابان های صحرا به اثبات رسانیدند. مطالعه غلظت گرد و غبار صحرا برای آلاینده PM10 در شرق و جنوب اسپانیا توسط رودگز و همکاران [15] و مشاهده رابطه قوی بین طوفان های اتفاق افتاده در افریقا در ناحیه ی شمالی آتلانتیک توسط وو و همکارانش[16] و بررسی الگوهای شیمیایی و خاص آلاینده PM10 بر تاثیر گرد و غبار جاده بر محیط شهری توسط اماتو و همکاران [ 17] از تحقیقات دیگر در این زمینه می باشد.
نتایج شناسایی اثرات گرد و غبار آفریقا بر غلظت PM10 بر کیفیت هوای آتن طی بازه زمانی 2001 الی 2010 توسط الکساندر پائلو و لازاریدیس [18] حاکی از آن است که هیچ رابطه ای می ان تمرکز گرد و غبارهای آفریقا و فراوانی و شدت حوادث وجود ندارد. در پژوهشی دیگر پی و همکاران[19] شیوع گرد و غبار افریقا را طی سال های 2001 الی 2011 به منظور ارزیابی اثرات شیوع گرد و غبار افریقا بر غلظت ذرات معلق PM10بررسی کردند.
از مدل های شبیه سازی پراکنش و نشست ذرات معلق در زمینه مدل سازی گرد و غبار می توان به HYSPLIT اشاره کرد که نقش بسزایی در ابعاد عملیاتی و مدیریتی - به منظور تحلیل و پیش بینی طوفان های گرد و غباری - و ابعاد تحقیقاتی ایفا می کند. تاکنون مقالات و پروژه های زیادی با استفاده از این مدل صورت پذیرفته است و علت به کارگیری آن عمدتا دسترسی رایگان و آسان به مدل و داده های آن، تطابق با سیستم عامل ویندوز و دقت و کارایی مناسب آن بوده است و فعالیت ها و تحقیقات دانشمندان و محققانی را در ایران به خود معطوف کرده است.
محمدی و زرگری [20] پدیده گرد وغبار را بر حسب فراوانی زمانی- مکانی برای 5 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک استان تهران طی دوره آماری 24 ساله مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار داده اند و نتایج بهره گیری از مدل HYSPLIT حرکت رو به عقب ذره غبار در 48 ساعت قبل برای 5 روز اول ماه می در سال 2000 در سه تراز ارتفاعی 1000،500،100 متر نشان دهنده ی آن است که ایستگاه آبعلی بیش ترین تعداد روزهای گرد و غبار را دارا بوده است.
همچنین بیش ترین میزان منشا گرد و غبار استان تهران از جانب غرب و جنوب ایران و از سمت عربستان و عراق می باشد اما در پژوهش رنجبر و درویش زاده [21] دیگر نتایج مسیر حرکت ذرات و چشمه های تولید گرد و غبار را که منجر به قرارگیری هوای تهران در شرایط بسیار ناسالم از لحاظ ذرات معلق شده است را با استفاده از شاخص کیفیت هوا و مدل HYSPLIT حاکی از آن است که علاوه بر آلاینده های شهری ، کویرهای اطراف تهران هم به عنوان چشمه های تولید ذرات موثر می باشند.
مدل سازی غلظت ذرات معلق PM10 ناشی از پدیده ی گرد و غبار و بررسی منشا آن ها در کلان شهرهای مرکزی ایران - اصفهان و اراک - با استفاده از مدل HYSPLIT برای دوره های غباری مورد نظر در ماه های مه و ژوئیه توسط سلیم و ارحامی نشان می دهد که با توجه به مسیر بادهایی که طوفان های گرد و غبار را وارد کشور می کنند از غرب می باشد و همچنین سرعت استانه ی اصطکاکی ذرات که سرعتی است که درآن فرسایش بادی اغاز می شود و تحت تاثیر رطوبت خاک می باشد برغلظت ریزگردها موثر است.
در تحقیقی دیگر، روزهای بسیار آلوده توسط صادقی و همکاران - 1393 - با بهره گیری از داده های آلودگی ثبت شده در ایستگاه های سنجش آلودگی هوا، داده های رقومی جوی، داده های ایستگاه جو بالا و خروجی های مدل HYSPLIT مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج در قالب چهار الگوی گردشی اصلی طبقه بندی گردید
غلظت های بالای PM10 حاصل از پدیده ی گرد و غبار یکی از مشکلات اصلی آلودگی هواست که در چند سال اخیر شاهد بروز بیش از حد آن در هوای شهر تهران بوده ایم. بدین منظور در این مطالعه، به تحلیل همدید شرایط وقوع روزهای بسیار آلوده در کلان شهر تهران پرداخته شد.
مواد و روش کار
داده ها به منظور تحلیل همدید شرایط روزهای بسیار آلوده در کلان شهر
تهران از داده های آلودگی هوای سازمان کنترل کیفی هوا برای ایستگاه های مورد مطالعه شامل ایستگاه های اقدسیه، شهرداری منطقه11و شهرداری منطقه - 16شکل - 1 برای سال های 2008 و 2009 استفاده شده است. در ادامه برای انجام تحلیل های همدید داده های رقومی جوی چهار بار در روز اخذ شده از مرکز پیش بینی محیطی و مرکز پژوهش های جوی ایلات متحده امریکا - NCEP/NCAR - با قدرت تفکیک 2/5 x 2/5 مورد استفاده قرار گرفته است. این داده ها شامل مؤلفه های فشار سطح دریا، مؤلفه های باد مداری و باد نصف النهاری و ارتفاع ژئوپتانسیل می باشند.
شکل -1 موقعیت ایستگاه های مورد مطالعه آلودگی هوا در شهر تهران
روش کار
در این راستا از شاخص استاندارد آلودگی هوا - PSI - برای تعیین روزهای بسیار آلوده برای سال های 2008 و 2009 استفاده گردید. در جدول 1 طبقات غلظت آلاینده ها جهت محاسبه شاخص استاندارد آلودگی هوا و همچنین توصیف کننده وضعیت کیفی هوا بر اساس اعداد مختلف PSI ارائه شده است. با توجه به هدف تحقیق که بررسی روزهایی با آلودگی حدی و فراگیر می باشد، روزهای بسیار آلوده که مقادیر عددی آن ها برای آلاینده ی PM10 برابر یا بیش تر از 200 پی اس آی - PSI - باشد، برای سال های 2008 و 2009 انتخاب گردید . بدین ترتیب روزی را که PSI آن برابر یا بیش تر از 200 باشد به عنوان روزی با آلودگیحدّی فراگیر انتخاب گردید که تعداد کل روزهای مورد مطالعه برای آلاینده PM10 برابر با 2 روز گردید.
جدول :1 طبقات غلظت آلاینده PM10 جهت محاسبه شاخص استاندارد آلودگی هوا [24]
در تحلیل همدید شرایط جوی انواع نقشه های ترکیبی برای داده های 4 بار در روز برای زمان اوج آلودگی به همراه نقشه های 24 ساعت قبل تهیه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مدل HYSPLIT، مدلی دوگانه برای محاسبات خط سیر حرکت گرد و غبار، پراکندگی و شبیه سازی ته نشینی است. در این مدل محاسبه مسیر و غلظت آلاینده با استفاده از حداقل پارامترهای هواشناسی انجام می گیرد. روش محاسبه مدل، ترکیبی میان دیدگاههای اویلری و لاگرانژی است و به همین دلیلHYSPLIT را مدلی دوگانه می نامند که در تحقیق حاضر از بخش لاگرانژی مدل جهت حرکت رو به غقب ذرات معلق - PM10 - در روزهای یاد شده برای ارتفاع های 10، 1500 و 5000 متری استفاده شد. در نهایت تصاویر ماهواره ای Terra از سنجنده ی MODIS با قدرت تفکیک 1 x 1 کیلومتر برای روزهای بسیار آلوده تهیه و مورد تفسیر قرار گرفتند.
نتایج
در این بخش نتایج تحقیق ارائه می گردد. به طور کلی، یافته های تحقیق بیانگر آن است که عمیق شدن ناوه ی امواج راسبی برون حاره در شکل گیری روزهای بسیار آلوده نقش اصلی را داراست.
الف - تحلیل همدید شرایط وقوع روز آلوده 5 آوریل 2008 بر اساس شکل 2 ناوه یی سراسر دریای خزر را دربرگرفته است که از سوی عراق این مناطق را تحت تاثیر قرار می دهد و تا بخش های مرکزی ایران هم نفوذ کرده است - a - 2 - و نفوذ ناوه در روز بعد روی تهران شدیدتر می شود - b -2 - که منجر به ناپایداری هوا در تهران می گردد. اما در نقشه ی سطح زمین همان گونه که در روز قبل به خوبی قابل مشاهده می باشد - c - 2 - ناوه ی شکل گرفته شده به تدریج در روز 5 آوریل بر روی شهر تهران گسترده تر گردیده است که باعث تمرکز آلاینده ها در ماه آوریل در تهران می گردد . - d - 2 - در عرض 35 درجه روی تهران در روز قبل - e - 2 - صعود کمی در مقایسه با روز بعد که گسترش بیشتری را بر روی عرض 35 درجه و ترازهای دیگر جو به دنبال دارد - f - 2 - شاهد هستیم.
