بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با استفاده از روش آماری تحلیل خوشه ای به منظور شناسایی تفاوت های مکانی ذرات معلق ، داده های ذرات معلق روزانه در یک دوره سه ساله - 2011-2014 - مربوط به 14 ایستگاه کنترل کیفیت شهر تهران مورد استفاده قرار گرفت. در ایمن پژوهش به منظور گروه بندی و همگن سازی ایستگاههای از تحلیل خوشه ای به روش وارد استفاده شد. سپس داده های ایستگاه ها به روش کریجینگ به صورت مکانی در آمدند. نتایج حاصل از روش تحلیل خوشه ای به روش وارد نشان داد که ایستگاههای مورد سنجش قرار گرفته به طور کلی در دو خوشه قرار میگیرند. ایستگاههای واقع در غرب و جنوب غرب - خوشه - 1 و ایستگاههای واقع در شرق و شمال شرق - خوشه . - 2 همچنین با توجه به جهت باد های غالب منطقه که از غرب و جنوب غرب هستنئ. میتوان این نتیجه گیری را داشت که این بادها از عوامل انتقال گردو غبار از خارج به داخل شهر هستند و ایستگاههای واقع در غرب و جنوب غرب بیشتر تحت تاثیر قرار میگیرند.
واژگان کلیدی: خوشه بندی سلسله مراتبی، ذرات معلق، ایستگاههای کنترل کیفیت، تهران
21 مقدمه
ذرات معلق یا PM اصطلاحی است که برای مجموعه ذرات جامد و قطرات مایعی که در جو است به کار میرود. آنچه در مورد ذرات معلق در مبحث آلودگی هوا مطرح است ذرات معلق با قطر کمتر از 10 میکرون است. دلیل این امر این است که این گونه ذرات میتوانند وارد سیستم تنفسی و نای شوند و از این طریق باعث مشکلات تنفسی بخصوص برای اقشار حساس جامعه همچون کودکان و کهنسالان گردند.این ذرات خطر مرگ تنفسی را افزایش داده، بر عملکرد شش ها تأثیر گذاشته، آسم را تشدید نموده و باعث بروز علائم تنفسی مثل سرفه و برونشیت میشوند. ضمن اینکه این ذرات میزان ابتلاء به دیگر بیماری-های تنفسی را هم افزایش میدهد. بورگو و همکاران . - 2006 -
از ترکیباتی که به همراه ریزگردها وجود دارند میتوان به سیلیس، آلومینیوم، آهن، کلسیم، منیزیم و همچنین حشرهکشها، علفکشها، فلزات سنگین، دیاکسین و ایزوتوپهای رادیواکتیو اشاره کرد استون و همکاران . - 2011 - نکته اینکه در سال های اخیر نگرانیهای مربوط به مسئلهی آلودگی هوا را افزایش داده وجود همین ناخالصی ها بر روی ریزگردهاست.با توجه به آثاری که ریزگردها در بعد جهانی بر جای میگذارد، مطالعات به منظور بررسی آنها با ابزارهای متفاوت از جمله تصاویر ماهوارهای، عکس های هوایی، روش های آماری مختلف بررسی شده تا با شناسایی منشاء و آثار آنها، اقدامات لازمبرای کاهش آسیبهای احتمالی ناشی از ریزگردها انجام شود. یکی از روشهای پر کاربرد بررسی زمانی و مکانی آلودگی هوا، ایستگاههای کنترل کیفیت هوا میباشند.
شهر تهران یکی از آلوده ترین شهرهای جهان به شمار میرود، که به طور متوسط سالانه از هر سه روز، یک روز با تجاوز یک یا چند نوع از آلایندههای اصلی از سطح استاندارد دارای شرایط کیفی نامناسب می باشد. اگر یکی اصلیترین مشکلات زیست محیطی شهر تهران را آلودگی هوا در نظر بگیریم، میلیونها انسان در طول روز از هوای بسیار آلوده شهر تنفس میکنند. از این رو به منظور اندازه گیری آلاینده های شهر تهران، ایستگاههای مختلفی در سطح شهر تعبیه شده اند. با توجه با گستردگی شهر تهران و همچنی شرایط متفاوت نقاط مختلف این شهر از نظر تراکم جمعیتی، دوری و نزدیکی به منابع عمده تولید کننده آلودگی، حجم ترافیکی و غیر ، غلظت آلاینده های مختلف در شهر در نقاط مختلف متفاوت است.
با توجه به این مطالب، هدف از این پزوهش شناسایی تفاوتهای مکانی و زمانی ذرات معلق کمتر از 10 میکرون در محدوده شهر تهران میباشد. خوشه بندی یکی از روش هایی است که میتواند در رسیدن به این هدف کمک بسیاری کند.خوشه بندی مقادیر بزرگ از داده ها به منظور کاهش حجم آنها و تخصیص هر داده به گروه خاص بسیار مورد توجه و استفاده قرار میگیرد. یک چنین طبقه بندی میتواند با استفاده از الگوریتم های مختلف خوشهبندی انجام شود. از جمله موارد استفاده از این الگوریتم ها میتوان به خوشه بندی سیستم ها ی منابع آب، ایستگاههای هواشناسی، همچنین به منظور پیش بینی رویداد های مختلف مانند سیل و خشکسالی و دوره های طولانی مدت تنوع بارش ها استفاده کرد.
از دیگر موارد میتوان به منظور انتخاب استراتژی های مناسب برای تسهیل طبقه بندی های کشاورزی و برنامه ریزی به منظور بهره برداری از منابع آب اشاره کرد. لینگر و گادگیل - 1980 - و وودز و مک دانل . - 2004 - خوشه بندی داده ها از قبیل حوضه آبخیز ، داده های هواشناسی ومنابع آب به گروههای مختلف و همگن بصورت دستی کار بسیار مشکلی است. همچنین تعیین آستانه هایی که بتواند دو گروه را از یکدیگر جدا کند نیز کار ساده ای نیست . از این رو الگوریتم های خوشهبندی میتواند به گروه بندی داده ها کمک کرده و دادهه ها را قابل مدیریت نماید. مورس . - 1980 - آزمون های خوشه بندی مزایای بی شماری را نسبت به خوشه بندی دستی داراست.
محققان از بسیاری از انواع روشهای خوشه بندی استفاده کرده اند که میتوان به موارد زیر اشاره کرد. جکسون و همکاران در سال 1995 به مقایسه روشهای مختلف تحلیل خوشه ای در طبقه بندی ایستگاههای بارانسنجی منطقه حاره ای پرداختند. رومرو و همکاران در سال 1999 به مطالعه الگوهای بارندگی روزانه قسمت اسپانیایی دریای مدیترانه با هدف طبقه بندی و با استفاده از داده های 410 ایستگاه پراختند و نتیجه گرفتند که با وجود اینکه قسمت اعظم بارندگی به صورت همرفتی صورت میگیرد، اما نتایج تحلیل خوشه ای حاکی از نقش توپوگرافی پیچیده و ارتباط آن با جریان بارندگی دارد. نظر پور و خسروی در سال 2011 به مطالعه انواع بارش در منطقه زاهدان با روش تحلیل خوشه ای پرداخته و 5 نوع بارش را برای آن شناسایی کردند.
مدرس و سرحدی در سال 2011 به مطالعه انواع بارش ایران با روش تحلیل خوشه ای پرداخته و نتایج حاصل از تجزیه خوشه ای به روش وارد، هشت منطقه بارشی زا را برای ایران تقسیم بندی نمود. رضیئی و عزیزی - 1386 - مناطق همگن بارشی در غرب ایران را تعیین کرده اند. در این پژوهش میانگین 9 متغیر وابسته به بارش در دوره آماری 2000 - 1965 برای 140 ایستگاه هواشناسی پراکنده در سطح منطقه محاسبه و مورد استفاده قرار گرفت سپس با بهره گیری از روش خوشه بندی سلسله مراتبی به شیوه وارد ایستگاه های مورد استفاده در این تجزیه و تحلیل بر مبنای مقادیر نمره های استاندارد درمؤلّفه های بدست آمده گروه بندی و به این ترتیب غرب ایران به چهار زیر منطقه همگن بارشی تقسیم شد
-2 مواد و روشها:
-1-2 منطقه مورد مطالعه:
شهر تهران با جمعیتی حدود هشت میلیون نفر و مساحت حدود 800 کیلومتر مربع در دامنههای جنوبی رشته کوه البرز، در حد فاصل طول جغرافیایی 51 درجه و 2 دقیقه تا 51 درجه و 36 دقیقه شرقی، به طول تقریبی 50 کیلومتر و عرض جغرافیایی 35 درجه و 34 دقیقه تا 35 درجه و 50 دقیقه شمالی به عرض تقریبی 30 کیلومتر گسترده شده است . شهر تهران از سمت شمال به رشته کوههای البرز منتهی میشود که دارای آب و هوایی نسبتا مرطوب میباشد اما از سمت جنوب شهر تهران به دشتهای باز و وسیع کشاورزی و هچنین دشت قزوین منتهی میشود. علاوه بر اینها وضعیت اقلیمی تهران به گونه ای است که بیشتر بادهای وزیده شده در سال به سمت شهر از سمت جنوب و جنوب غرب بوده که با توجه به وضعیت قرار گیری شهر نسبت به اراضی کشاورزی ، احتمال انتقال گردو غبار از سمت این زمینها به طرف شهر نیز وجود دارد.شکل زیر محدوده منطقه مورد مطالعه و همچنین ایستگاههای سنجش آلودگی هوای مستقر در شهر را نشان میدهد.
-2-2 داده های ذرات معلق
در این بررسی میانگین روزانه داده های مربوط به ذرات معلق کمتر از 10 میکرون - PM10 - در 14 ایستگاه شهر تهران از سازمان کنترل کیفیت هوای تهران و سازمان محیط زیست استان تهران دریافت گردید - جدول. - 1 در مرحله بعد ایستگاههایی را که بیشتر از 80 درصد داده ها را داشتند انتخاب شدند. سپس با استفاده از نرم افزار SPSS و الگوریتم نزدیکترین همسایه، ساعات بدون داده بازسازی شدند.همچنین داده های هواشناسی - سرعت و جهت باد - از سازمان هواشناسی تهران اخذ شدند
-3-2 تحلیل خوشه ای سلسله مراتبی:
به منظور تحلیل و خوشه بندی داده ها، از روشهای تحلیل خوشه ای استفاده شد. تحلیل خوشه ای یکی از روشهای آماری پر کاربرد در بسیار ی از شاخه های علمی است که در زمینه کاهش داده ها و پیدا کردن گروههای واقعی مورد استفاده قرار میگیرد. و هدف آن ایجاد گروههای همگن از افراد مختلف در یکسری از داده هاست. تقسیم بندی موضوعات و موارد بر اساس همگنی درون گروهی آنها از مهمترین اهداف تکنیک تحلیل خوشه ای به شمار میرود.
