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

سابقه و هدف: 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 بزرگ­ترین 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.مواد و روش­ها: 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 (NO۲)، گوگرد دی اکسید (SO۲)، ازن (O۳)، ذرات معلق با قطر کمتر از ۱۰ میکرون (PM۱۰) و ذرات معلق با قطر کمتر از ۵/۲ میکرون (PM۲.۵)) در شهر تبریز در بلند مدت (۲۰۲۱ -۲۰۰۴)، 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 ۹۵ 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 ۴.۳.۱ پرداخته است.نتایج و بحث: بر اساس نتایج حاصل از تحلیل همبستگی پیرسون، آلاینده ­های NO۲ و PM۲.۵، SO۲ و PM۲.۵ و همچنین آلاینده های PM۲.۵ و PM۱۰ 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 NO۲ و PM۲.۵ دارای بیشترین همبستگی منفی با پارامترهای دما، سرعت باد و ساعات آفتابی و بیشترین همبستگی مثبت با رطوبت نسبی، PM۲.۵ دارای بیشترین همبستگی مثبت با فشار هوا، CO و SO۲ دارای بیشترین همبستگی منفی با تابش، O۳ دارای همبستگی مثبت قوی با دما، سرعت باد و ساعات آفتابی و بیشترین همبستگی منفی با فشار، رطوبت نسبی و ابرناکی و آلاینده­ های NO۲ و PM۱۰، 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 NO۲ و مجموعه متغیرهای مستقل است.نتیجه گیری: 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 می­توان اذعان کرد که تاثیر یک پارامتر هواشناسی خاص بر آلودگی هوا تغییر پذیر است. با این حال، به نظر می­رسد 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 آلاینده­های جوی معیار به جز آلاینده NO۲ است.

کلیدواژه ها:

آلودگی هوا ، تحلیل رگرسیون ، تحلیل همبستگی ، عناصر جوی ، مدل های جمعی