واکاوی ارتباط میان عناصر هواشناسی و آلاینده های جوی معیار در تبریز با استفاده از مدلسازی آماری

افزایش پرشتاب جمعیت، رشد سریع شهرنشینی و صنعتی شدن در سال های اخیر که عموما با افزایش تقاضا و مصرف انرژی و در نتیجه افزایش منابع انتشار آلاینده ها همراه بوده است، آلودگی هوا به عنوان یکی از بزرگ ترین بحران های حال حاضر جوامع شهری و به تبع آن خطرات زیست محیطی و بهداشتی مربوطه را از لحاظ زمانی و مکانی تشدید کرده است. از سوی دیگر، عناصر هواشناسی به طور مستقیم بر میزان آلاینده ها و همچنین مدت زمان حضور آنها در جو تاثیر می گذارد و پژوهش حاضر به منظور بررسی ارتباط متغیرهای هواشناسی و آلاینده های جوی معیار در شهر تبریز انجام گرفته است.

مطالعه حاضر ضمن بررسی وضعیت عناصر هواشناسی (دما، بارش، سرعت باد، رطوبت نسبی، تابش، ساعات آفتابی و ابرناکی) و آلاینده های جوی معیار (کربن منوکسید (CO)، نیتروژن دی اکسید (NO2)، گوگرد دی اکسید (SO2)، ازن (O3)، ذرات معلق با قطر کمتر از 10 میکرون (PM10) و ذرات معلق با قطر کمتر از 5/2 میکرون (PM2.5)) در شهر تبریز در بلند مدت (2021 -2004)، به بررسی ارتباط بین آلاینده ها و متغیرهای هواشناسی در مقیاس های زمانی ماهانه و فصلی با استفاده از آزمون همبستگی پیرسون در سطح اطمینان 95 درصد و تاثیر این عناصر بر غلظت آلاینده ها با استفاده از مدل رگرسیون خطی چند متغیره (MLR) و مدل جمعی تعمیم یافته (GAM) در نرم افزار آماری R 4.3.1 پرداخته است.

نتایج و بحث: 

بر اساس نتایج حاصل از تحلیل همبستگی پیرسون، آلاینده های NO2 و PM2.5، SO2 و PM2.5 و همچنین آلاینده های PM2.5 و PM10 همبستگی مثبت معنادار قابل توجهی را به صورت جفتی نشان داده اند بنابراین به نظر می رسد که این آلاینده ها دارای منابع انتشار مشابه هستند. همچنین نتایج این پژوهش نشان می دهد که غلظت آلاینده های معیار هوا در تبریز در طول کل دوره آماری در مقیاس های زمانی ماهانه و فصلی تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار داشته و در مقیاس ماهانه، آلاینده های NO2 و PM2.5 دارای بیشترین همبستگی منفی با پارامترهای دما، سرعت باد و ساعات آفتابی و بیشترین همبستگی مثبت با رطوبت نسبی، PM2.5 دارای بیشترین همبستگی مثبت با فشار هوا، CO و SO2 دارای بیشترین همبستگی منفی با تابش، O3 دارای همبستگی مثبت قوی با دما، سرعت باد و ساعات آفتابی و بیشترین همبستگی منفی با فشار، رطوبت نسبی و ابرناکی و آلاینده های NO2 و PM10، دارای بیشترین همبستگی مثبت با ابرناکی هستند. نتایج حاصل از برازش MLR و GAM برای هریک از آلاینده های جوی معیار در شهر تبریز نیز حاکی از عملکرد بهتر GAM در تجزیه و تحلیل روابط موجود میان تمامی آلاینده های جوی جز NO2 و مجموعه متغیرهای مستقل است.

نتایج این پژوهش مبین آن است که میزان تاثیر عناصر جوی بر غلظت آلاینده های معیار مورد مطالعه در شهر تبریز بسته به نوع آلاینده و در زمان های مختلف متفاوت بوده و می توان اذعان کرد که تاثیر یک پارامتر هواشناسی خاص بر آلودگی هوا تغییر پذیر است. با این حال، به نظر می رسد که سرعت باد، تابش، دما و فشار هوا مهمترین عناصر هواشناسی مرتبط با غلظت آلاینده ها در شهر تبریز هستند. همچنین یافته های پژوهش نشان می دهد که MLR و GAM هردو به خوبی می توانند تغییرپذیری متغیر پاسخ با استفاده از مجموعه متغیرهای پیشگو را تبیین و روابط خطی و غیرخطی میان آنها را توضیح دهند. با این حال، GAM با در نظر گرفتن رابطه غیرخطی میان غلظت آلاینده های جوی و عناصر هواشناسی در مقایسه با MLR، قادر به توجیه درصد بیشتری از تغییرات تمامی آلاینده های جوی معیار به جز آلاینده NO2 است.