بخشی از مقاله
چکیده :
امروزه آلودگی هوا یکی از معضلات توسعه صنعتی است که با افزایش جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه حملونقل، روز به روز برشدت آن افزوده میشود. شهر تهران بهعنوان بزرگترین و پرجمعیتترین شهر کشور بهدلیل شرایط خاص جغرافیایی، اجتماعی، فرهنگی و توسعه شهری دچار معضل آلودگی هواست. در این پژوهش با استفاده از دادههای سه روز متوالی از ایستگاههای سنجش آلودگی هوا در زمستان 91 و فصلهای بهار، تابستان و پاییز سال 92، با بهکارگیری روش رگرسیون کاربری اراضی مبتنی بر رگرسیون خطی چندمتغیره، به پیشبینی غلظت آلاینده PM2.5 در شهر تهران پرداخته شده است.
همچنین با ترکیب غلظت آلاینده مزبور با پارامترهای محیطی مؤثر از قبیل انواع کاربری زمین، شبکه راهها، ارتفاع، تراکم جمعیت و پارامترهای هواشناسی، نقشههایی از چگونگی وضعیت توزیع مکانی آلودگی هوا تهیه شد. نتایج حاصل از مدل نشان میدهد بیشترین و کمترین عامل مؤثر بر غلظت آلاینده PM2.5، به ترتیب شبکه راهها و کاربری نظامی میباشد. همچنین بررسی پارامترهای آماری نشان داد ضریب تعیین مدل پیشنهادی - - R2=0.61-0.72 در مقایسه با سایر مطالعات داخلی و خارجی انجام گرفته در این حوزه - - R2=0.61-0.69، از توانایی مناسبی در تخمین غلظت آلاینده PM2.5 در شهر تهران برخوردار است.
-1 مقدمه
ورود ذرات، مولکولها و مواد مضر به جو زمین را آلودگی هوا میگویند که میتواند موجب بیماری و مرگ انسانها و موجودات زنده از قبیل حیوانات، محصولات کشاورزی و حتی تخریب منابع طبیعی - زیستمحیطی - و منابع مصنوعی - آثار باستانی - شود
قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آلودگی هوا با اثرات زیانبار مختلفی از قبیل کاهش طول عمر، مشکلات تنفسی، قلبی و عروقی، اختلال در تولید مثل و مشکلات دستگاه گوارش و دستگاه عصبی در ارتباط است
آلودگی هوا در شهر تهران عمدتاً مصنوعی و ناشی از فعالیت وسایل نقلیه است بهطوریکه روزانه حدود 30 تن را به کام مرگ میفرستد. تردد بسیار زیاد وسایل نقلیه ، ترافیکهای سنگین، مصرف زیاد انرژی، وضعیت توپوگرافی و جغرافیایی خاص و فراوانی سامانههای پایدار جوی موجب شده است که این شهر در ردیف آلودهترین شهرهای جهان قرار گیرد.
بررسیها و تحقیقات همهگیرشناسی در مسئلهی آلودگی هوا ثابت کرده شهرها و مناطق آلوده در مقایسه با مناطقی که از آلودگی کمتری برخوردارند، دارای نرخ بیماری و مرگ و میر بیشتری هستند.[5] به عبارت دیگر در مناطقی که تعداد روزهای بیشتری کیفیت هوا ناسالم گزارش شود، به شکل معناداری تعداد مرگ و میرها نیز افزایش یافته و هرچه هوای شهرها در یک بازه زمانی سالمتر باشد، امکان کاهش مرگ و میر شهروندان نیز به وقوع میپیوندد.
طی چند سال اخیر آلاینده ذرات معلق، بهویژه ذرات معلق با قطر کوچکتر از 2/5 میکرون - - PM2.5 بهعنوان آلاینده شاخص شهر تهران مطرح شده و طی سال 1393، 116 روز به لحاظ آلاینده PM2.5 و 9 روز از منظر آلاینده ذرات معلق کوچکتر از 10 میکرون - - PM10 در وضعیت نامطلوب قرار داشته است. این ذرات که می توانند تا اعماق ریه و دستگاه تنفسی نفوذ کنند، زمانیکه با آلایندههای گازی همراه شوند به مراتب خطرناک تر خواهند بود. بنابراین باتوجه به اندازه و نوع آنها، به راحتی در بدن جذب شده و به همین علت میتوانند بسیار آسیبرسان باشند.
بهمنظور مشخص کردن اثرات نامطلوب آلودگی هوا، به اطلاعات دقیقی در مورد غلظت آلایندههای محیط در قدرت تفکیک مکانی مناسب نیاز است. از اینرو ایستگاههای سنجش آلودگی هوا به منظور ارائهی تخمینهای مکانی در مقیاس مناسب، فاقد تعداد کافی و پوشش لازم میباشند و روشهای مبتنی بر درونیابی غلظت آلایندهها، بر مبنای میزان فاصله از ایستگاههای سنجش ، مقدار خطای زیادی در مقایسه با روشهای مدلسازی پیشرفتهتر ایجاد میکنند.
مدلهای رگرسیون کاربری اراضی1 تخمینهای مکانی مناسبی از آلودگی هوا ارائه میدهد. این مدلها از طریق ترکیب اطلاعات محیطی - از قبیل اماکن صنعتی، تراکم جمعیت و حجم ترافیک - با دادههای غلظت آلایندههای جمعآوری شده از ایستگاههای سنجش آلودگی هوا، میتوانند در مطالعات بهداشت و سلامت جامعه و تعیین میزان قرار گرفتن افراد در معرض آلودگی هوا مورد استفاده قرار بگیرند که در ادامه توضیح داده خواهد شد.
- 2 پیشینه تحقیق
در این بخش چندین مورد از تحقیقات انجام گرفته در حوزه مدلسازی مکانی آلودگی هوا بررسی میگردد:
در سال 1388 متکان و همکاران و در سال 1393 نورپور و فیض و در سال 2015 میلادی زو2 و همکاران، به ترتیب به تعیین تغییرات مکانی و زمانی آلایندههای CO, PM10 و SO2, NO2, PM2.5, PM10 و آلاینده PM2.5 با استفاده از روشهای مختلف درونیابی و مدل LUR به کمک پارامترهای کاربری اراضی، حجم ترافیک، ارتفاع، جمعیت و راه پرداختند. در نهایت محققان با توجه به آماره خطای میانگین مربعات1، به این نتیجه رسیدند بهمنظور درونیابی آلایندههای PM10, PM2.5 روش اسپیلاین2 و آلایندههای NO2, SO2, CO روش کوکریجینگ3 همراه با سه پارامتر دما، جهت و سرعت باد مناسبترین روش است.
همچنین نتایج حاصل از مدل LUR نشان داد مؤثرترین عامل بر آلایندههایSO2, NO2, PM2.5, CO حجم ترافیک بوده است در حالیکه مهمترین عامل مؤثر بر آلاینده PM10 اماکن صنعتی موجود میباشد. بهعلاوه مطالعات زو نشان داد روش LUR در مقایسه با روش درونیابی کریجینگ معمولی4، از دقت بالاتری در مدلسازی غلظت PM2.5 برخوردار است. بدین صورت که نرخ خطای مدل LUR برابر 6/13 درصد در مقابل خطای 7/01 درصدی روش کریجینگ معمولی میباشد
در سال 2013 رابینسون5 و همکاران، در پژوهشی به منظور مدلسازی آلاینده NO2 در انگلستان سه تکنیک مکانی را با هم مقایسه و ارزیابی نمودهاند. برای این منظور از اطلاعات غلظت NO2 ایستگاههای سنجش استفاده شد و سه روش مورد استفاده عبارتند از: کریجینگ ساده6، کریجینگ معمولی و کریجینگ ساده با میانگین تغییریافته موضعی.7 دو روش اول تنها از متغیر اولیه استفاده میکنند. اما در روش سوم از دادههای ثانویهای به منظور بهبود و کاهش عدم اطمینان به منظور تخمین و ارائه مدل پراکنش استفاده میکنند. این داده ثانویه NOx میباشد که از مدلهای پراکنش استخراج شده است.
در سال 1394 بهاری و همکاران و در سال 2015 میلادی برتازون8 و همکاران، بهمنظور مطالعه و بررسی تغییرات مکانی آلاینده NO2 و PM2.5 از روش رگرسیون وزندار جغرافیایی استفاده نمودند. آنها در این مطالعه از روشی جدید برای بررسی تأثیرات مکانی در مدل LUR استفاده کردند. بدین صورت که با اضافه کردن پارامترهای سرعت و جهت باد به یک مشخصه وزندار جغرافیایی، تا حد زیادی عملکرد مدل را بهبود بخشیده و همچنین بهطور همزمان دو منبع عمدهی خطا در رابطه با واریانس خطای مکانی از قبیل خودهمبستگی و عدم ایستایی مکانی در مدل LUR را برطرف کردند.
تحقیقات نشان میدهد علیرغم کاربرد متعدد رگرسیون کاربری اراضی در بررسی و مدلسازی انواع آلایندهها در دنیا و همچنین اثرات زیانبار آلاینده PM2.5، این روش از سوی محققان داخلی کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
- 3 مواد و روشها
شهر تهران در دامنهی جنوبی رشته کوه البرز و در حد فاصل طول جغرافیایی 51 درجه و 2 دقیقه تا 51 درجه و 36 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 35 درجه و 34 دقیقه تا 35 درجه و 50 دقیقه شمالی، با حدود 730 کیلومتر مربع مساحت گسترده شده است. ارتفاع شهر در بلندترین نقاط شمالی به حدود 2000 متر و در جنوبی ترین نقاط به 1050 متر از سطح دریا می رسد.[18] تهران با 8/2 میلیون سکنه پرجمعیتترین شهر ایران است که به دلیل مهاجرتهای صورت گرفته از شهرهای اطراف در طول روز، جمعیتش به بیش از 10 میلیون نفر میرسد.
