پیش بینی آلاینده های هوا (CO، O3 و PM10) و پارامترهای هواشناسی: مطالعه موردی شهرستان بیرجند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

آلودگی هوا، یک تهدید جهانی برای بهداشت عمومی و محیط زیست، به ویژه در مناطق شهری است. از این رو برای کنترل و برنامه ­ریزی غلظت آلاینده ها از مدل سازی استفاده می­ شود. در این مقاله یک مدل بر مبانی رگرسیون خطی به منظور پیش بینی کوتاه مدت CO، PM10 و O3 بر حسب پارامترهای هواشناسی ارائه شده است. داده های پارامترهای هواشناسی شامل رطوبت، فشار، حداقل و حداکثر دما و سرعت باد (سازمان هواشناسی بیرجند) و داده های آلودگی هوا (غلظت CO، PM10 و O3) از اداره کل محیط زیست بیرجند، تهیه و به صورت میانگین روزانه استفاده شد. برای مدل سازی رگرسیون خطی از نرم افزار SPSS.16 استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که بیش ترین ضریب همبستگی برای آلاینده CO با حداقل درجه حرارت، 0/53 و کم ترین ضریب همبستگی با مقدار 0/166 بود. بیش ترین ضریب همبستگی آلاینده PM10 با سرعت باد، 0/33 و کم ترین ضریب همبستگی این آلاینده با فشار، 0/082 به دست آمد. بیش ترین ضریب همبستگی آلاینده O3 با حداکثر درجه حرارت، 0/50 و کم ترین ضریب همبستگی این آلاینده با جهت باد، 0/09 به دست آمد. هم چنین نتایج حاصل از مدل رگرسیون برای آلاینده مونوکسیدکربن در مقایسه با دو آلاینده دیگر، بهتر بود.

کلیدواژه‌ها


  1. Anderson, R.; Wong, C.; Atkinson, R.W.; Anderson, H.R.; Hedley, A.J. and Ma, S., 2002. A tale of two cities : Effects of air pollution on hospital admissions in Hong Kong and London compared, Journal Environmental Health Perspect. Vol. 110, No. 1, pp: 67-77.
  2. Arasa, R.; Soler, M.R.; Ortega, S.; Olid, M. and Merino, M., 2010. A performance evaluation of MM5/MNEQA/CMAQ air quality modelling system to forecast ozone concentrations in Catalonia. Tethys Journal of Weather and Climate of the Western Mediterranean. Vol. 7, pp: 11-23.
  3. Baldasano, J. and Valera, E.J.P., 2003. Air quality data from large cities. Journal Science of The Total Environment. Vol. 307, No. 1, pp: 141-165.
  4. Bernatsky, S.; Smargiassi, A.; Johnson, M.; Kaplan, G.G.; Barnabe, C. and Svenson, L., 2015. Fine particulate air pollution, nitrogen dioxide, and systemic autoimmune rheumatic disease in Calgary, Alberta. Journal Environmental Research. Vol. 140, pp: 474-478.
  5. Bhaskar, B.V.; Rajasekhar, R.V.J. and Muthusubramaian, P.K.A., 2008. Measurement and modeling of respirable particulate (PM10) and lead pollution over Madurai, India. Journal Air Qual Atmospheric Health. Vol. 1, pp: 45-55.
  6. Biancofiore, F.; Verdecchia, M.; Di Carlo, P.; Tomassetti, B.; Aruffo, E. and Busilacchio, M., 2015. Analysis of surface ozone using a recurrent neural network. Journal The Science of the Total Environment. Vol. 514, pp: 379-387.
  7. Boznar, M.; Lesjak, M. and Mlakar, P., 1993. A neural network-based method for short-term predictions of ambient SO2 concentrations in highly polluted industrial areas of complex terrain. Journal of Atmospheric Environment. Part B. Urban Atmosphere. Vol. 27, No. 2, pp: 221-230.
  8. Burnett, R.T.; Pope, C.A.; Ezzati, M.; Olives, C.; Lim, S.S. and Mehta, S., 2014. An integrated risk function for estimating the global burden of disease attributable to ambient fine particulate matter exposure. Journal Environmental Health prospective.; 12(4):397-404.
  9. Cimorelli AJ, Perry SG, Venkatram A, Weil J, Paine R, Wilson RB  et al. 2005. AERMOD: a dispersion model for industrial source applications. Part I: general model formulation and boundary layer characterization. Journal of Applied Meteorology. 2005;44:682-693. DOI.org/10.1175/JAM2227.1.
  10. Dai L, Zanobetti A, Koutrakis P, Schwartz JD. 2014. Associations of Fine Particulate Matter Species with Mortality in the United States: A Multicity Time-Series Analysis. Journal of Environmental Health Perspect. http:// dx.doi.org/10.1289/ehp.1307568.
  11. Dayan, U, Levy I. 2002. Relationship between synoptic–scale atmospheric circulation and ozone concentrations over Israel. Journal of Geophysical Research: Atmospheres ,107: 4813. DOI.Org/10 1029/2002JD002147
  12. Demuzere M, Trigo R.M, Vila–Guerau de, Arellano J, van Lipzig NPM. 2009. The impact of weather and atmospheric circulation on O3 and PM10 levels at a rural mid–latitude site. Journal of Atmospheric Chemistry and Physics. 9:2695–2714. DOI.org/10.5194/acp-9-2695-200
  13. Diaz J, Linares C, Lopez C, Garcia–Herrera R, Trigo RM. 2004. Relationship between environmental factors and infant mortality in Madrid. Journal of Occup Environment  Med. 6:768– 774.
  14. Dutot A.L, Rynkiewicz J, Steiner F.E, Rude J. A. 2007. 24–h forecast of ozone peaks and exceedance levels using neural classifiers and weather predictions. Journal of Environmental Modelling & Software;22:1261– 1269.  DOI.org/10.1016/j.envsoft.2006.08.002.
  15. Elangasinghe M.A, Singhal N, Dirks K.N, Salmond JA. 2014. Development of an ANN–based air pollution forecasting system with explicit knowledge through sensitivity analysis. Journal of Atmospheric Pollution Research ;5:696–708. DOI.org/10.5094/APR. 079.
  16. Gratani L VL. 2005. Daily and seasonal variation of CO2 in the city of Rome in relationship with the traffic volume. Journal of Atmospheric Environment.; 39(261919–2624). DOI.org/10.1016/j. atmosenv.01.013.  
  17. Hooyberghs J, Mensink C, Dumont G, Fierens F, Brasseur O, Holton JR, et al. 2005. A neural network forecast for daily average PM10 concentrations in Belgium. Journal of Atmospheric Environment. 3rd ed. Academic press;39(18):3279–89. DOI.10.1016/j.atmosenv. 01.050.
  18. Kesarkar AP, Dalvi M, Kaginlkar A OA. 1976–88. Journal of Atmospheric Environment. 41:1976–1988.
  19. Kolehmainen M, Martikainen H, Ruuskanen J. 2001. Neural networks and periodic components used in air quality forecasting. Journal of Atmospheric Environment; 35(5):815–25. DOI. org/10. 1016 / S1352 - 2310 (00) 00385-X.
  20. Luecken DJ, Hutzell WT, Gipson GL. 2006. Development and analysis of air quality modeling simulations for hazardous air pollutants. Journal of Atmospheric Environment. 40(26):5087–96.  DOI.org/10 .1016/j. atmosenv. 12.044
  21. Mamtimin B MF. 2011. Air pollution and meteorological processes in the growing dry land city of Urumqi (Xinjiang, China). Journal Science of the Total Environment. 409(7):1277–90. DOI: 10.1016/j.scitotenv.12.010.
  22. Middleton DR, McKendry IG. 1998. A new box model to forecast urban air quality: BOXURB. Journal of  Environmental Monitoring and Assessment; 52(1–2):315–35.
  23. Monteiro, A., Vautard, R., Borrego, C., Miranda AI. 2005. Long–term simulations of photo oxidant pollution over Portugal using the CHIMERE model. Journal of Atmospheric Environment; 39:3089 –3101. DOI.org/ 10.1016/j .atmosenv. 01.045
  24. Rongxian Zhao, Shi Chen, Weiye Wang, Jiao Huang, Ke Wang, Li Liu SW. 2017. The impact of short-term exposure to air pollutants on the onset of out-of-hospital cardiac arrest: A systematic review and meta-analysis. International Journal of Cardiology; 226:110–7. DOI: 10.1016/ j. ijcard. 10 .053.
  25. Russo A, Trigo R.M, Martins H, Mendes MT. 2014.  NO2, PM10 and O3 urban concentrations and its association with circulation weather types in Portugal. Journal of Atmospheric Environment; 89:768–785. DOI. 10.1016/j. atmosenv. 02.010.
  26. Saavedra S, Rodriguez A, Taboada J.J, Souto J.A, Casares J. 2012.  Synoptic patterns and air mass transport during ozone episodes in Northwestern Iberia. Journal of Science of The Total Environment; 441:97–110.  DOI.org/ 10.1016/j. scitotenv. 09.014
  27. Shariepour Z. 2010. Seasonal and daily variation of air pollutants and their relation to meteorological parameters. Journal of the Earth and Space Physics. 35(2):119–137.
  28. Shi J.P, Harrison RM. 1997. Regression modelling of hourly NOx and NO2 concentrations in urban air in London. Journal  of Atmospheric Environment;31:4081–4094.  DOI.org/10.1016/S1 352-2310(97) 002 82-3
  29. WHO. 2003. Health aspect of air pollution with particulate matter, ozone and nitrogen dioxide. Bonn, Ger World Heal Organ.
  30. Wise EK CA. 2005. Meteorologically adjusted urban air quality trends in the Southwestern United States. Journal of Atmospheric Environment. 39(16):2969–80.  DOI.org/10.1016/j.
  31. Zhang Lw, Chen X, Xue X, Sun M, Han B, Li CP et al. 2014. Long-term exposure to high particulate matter pollution and cardiovascular mortality: A 12-year cohort study in four cities in northern China. Journal of Environment international; 62:41-47.