شماره ركورد :
1179170
عنوان مقاله :
بررسي روند تغييرات زماني و مكاني ذرات معلق جو با استفاده از شاخص عمق اپتيكي آئروسل‌ها در جنوب شرق ايران
عنوان به زبان ديگر :
Investigation of spatial and temporal changes in atmospheric aerosol using aerosol optical depth in Southeastern Iran
پديد آورندگان :
ميراكبري، مريم دانشگاه تهران - دانشكده منابع طبيعي , ابراهيمي خوسفي، زهره دانشگاه جيرفت - دانشكده منابع طبيعي - گروه مهندسي طبيعت
تعداد صفحه :
19
از صفحه :
87
از صفحه (ادامه) :
0
تا صفحه :
105
تا صفحه(ادامه) :
0
كليدواژه :
سنجش‌ازدور , تخريب اراضي , آزمون من-كندال , مناطق خشك , آلودگي هوا
چكيده فارسي :
پيشينه و هدف شاخص عمق اپتيكي آئروسل يكي از پركاربردترين شاخص‌ها جهت بررسي وضعيت آلودگي هواي مناطق مختلف به‌ويژه مناطق خشك و بياباني است. مناطق خشك و نيمه‌خشك از منابع اصلي ذرات گردوغبار معلق در جو هستند. ايران به دليل قرار گرفتن در منطقه خشك و نيمه‌خشك در طول سال با توفان‌هاي گردوغبار متعددي مواجه است، كه خسارات زيست محيطي و اقتصادي-اجتماعي جبران‌ناپذيري را به مناطق مختلفي از كشور وارد كرده است. يكي از اين مناطق، منطقه جنوب شرق كشور است كه به دليل وزش بادهاي 120 روزه در نيمي از سال (اوايل بهار تا اواخر تابستان) تحت تأثير توفان‌هاي گردوغبار قرار مي‌گيرند و هرساله حجم زيادي از ذرات شن و گردوغبار از اين طريق، وارد جو مي‌شود. لذا بررسي و پايش تغييرات زماني و مكاني ذرات معلق موجود در جو كه گردوغبار نيز بخش عمده‌اي از ذرات معلق در اين مناطق است، در اين منطقه از كشور حائز اهميت است. درواقع اطلاع از تغييرات زماني و مكاني ذرات معلق مي‌تواند در ارائه راهكارهاي مناسب جهت كاهش خسارات ناشي از اين ذرات مفيد باشد. در اين مطالعه به دليل كمبود ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري زميني ذرات معلق، مشخصه عمق اپتيكي آئروسل­ ها بر اساس محصول عمق اپتيكي آئروسل (AOD) سنجنده موديس طي دوره آماري 18 ساله (1380- 1397) جهت پايش و تحليل تغييرات مكاني و زماني غلظت آئروسل‌ها در نواحي جنوب شرق ايران مورد استفاده قرار گرفت. تغييرات زماني AOD در مقياس‌هاي زماني ماهانه، فصلي و سالانه، بر اساس آزمون روند من- كندال پيش سفيد شده تعيين گرديد. مواد و روش­ ها براي انجام تحقيق حاضر از داده‌هاي روزانه AOD متعلق به سطح 4 سنجنده موديس استفاده‌شده است. با توجه به اينكه دوره زماني مورد بررسي 18 ساله است (1397-1380)، در مجموع 6570 فريم از محصولات روزانه AOD سنجنده موديس براي بازه زماني 1380 تا 1397 به فرمت NetCDF از آرشيو USGS دريافت شد. داده‌هاي اخذشده AOD با كدنويسي در محيط برنامه Matlab براي 13 ايستگاه سينوپتيك موجود در منطقه مطالعاتي استخراج شدند. جهت اعتبارسنجي داده ­هاي AOD سنجنده موديس، از داده‌هاي غلظت ذرات معلق كوچك‌تر از 10 ميكرومتر (PM10) كه در ايستگاه‌هاي پايش آلاينده­ ها به ثبت مي‌رسد، استفاده شد. در مرحله بعد، به‌منظور بررسي تغييرات زماني و مكاني غلظت آئروسل‌ها، نقشه‌هاي پهنه‌بندي شده AOD با استفاده از ميانگين مقادير استخراج‌شده طي دوره آماري، به روش وزن دهي فاصله معكوس (IDW) تهيه شدند. در اين روش هر ايستگاه يا نقطه اندازه‌گيري داراي تأثير محلي است كه با افزايش فاصله كاهش مي‌يابد، به طوري كه مكان هاي نزديك به نقطه اندازه‌گيري وزن بيشتري خواهند داشت. در گام بعدي، روند تغييرات زماني آن‌ها در مقياس‌هاي زماني مختلف با استفاده از روش من-كندال پيش سفيد شده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج و بحث نتايج حاصل از اعتبارسنجي AOD حاكي از وجود ارتباط قوي و معني­دار، بين عمق اپتيكي ذرات معلق سنجنده موديس (AOD) و غلظت ذرات معلق (PM10) در سطح اطمينان 95درصد آماري است. لذا مي‌توان اين‌گونه استنباط كرد كه داده‌هاي AOD از دقت قابل قبولي براي بررسي و تحليل تغييرات ذرات معلق جو در منطقه مطالعاتي برخوردار هستند. توزيع مكاني AOD در سطح منطقه مطالعاتي طي سال‌هاي 1380 تا 13973 نشان داد نواحي غربي و مركزي (ايستگاه‌هاي كرمان، بافت، سيرجان، رفسنجان) كمترين ميزان AOD را به خود اختصاص داده‌اند. اين در حالي است كه نواحي شمال شرقي، شرق و جنوبي (استان سيستان بلوچستان) تحت تأثير غلظت بالاتري از ذرات معلق قرارگرفته‌اند. ميزان AOD در دوره آماري بين 0.14 تا 0.53 متغير بوده است كه به ترتيب در سال‌هاي 1395 و 1382وقوع يافته است. بررسي تغييرات زماني AOD در مقياس سالانه نشان داد ميزان مواد معلق جو در سال‌هاي 1380، 1382، 1387، 1388 و 1391 در منطقه مطالعاتي به بالاترين مقدار رسيده است كه ايستگاه‌هاي زابل، زهك، زاهدان، خاش و ايرانشهر به ترتيب بيشترين مقدار AOD را در دوره آماري دارا مي‌باشند. مقادير ميانگين AOD فصلي نشان داد كه در تابستان و بهار، غلظت مواد معلق به بيشترين حد رسيده درحالي‌كه در پائيز و زمستان اين مقدار به حداقل رسيده است. همچنين تغييرات افزايشي ذرات معلق جو از فروردين‌ماه شروع‌شده در تير به حداكثر مقدار رسيده و سپس از مرداد تغييرات كاهشي دارد. روند تغييرات ميزان AOD در مقياس سالانه بر اساس آزمون من- كندال نشان داد در اكثر ايستگاه‌هاي محدوده مطالعاتي به‌استثناي رفسنجان داراي روند كاهشي بوده، كه تنها در ايستگاه‌هاي زاهدان، زهك، زابل، سراوان و بم در سطح 5 درصد كاهشي و معني‌دار بوده است. مقادير آماره آزمون من- كندال AOD در مقياس ماهانه نشان داد ماه‌هاي ارديبهشت، خرداد، تير و مهر به ترتيب داراي بيشترين فراواني روند معني‌دار طي دوره آماري در منطقه مطالعاتي مي‌باشند. روند ماهانه AOD نيز حاكي از تغييرات كاهشي غلظت مواد معلق طي دوره آماري است. به‌طوري‌كه در ماه‌هاي ارديبهشت، خرداد، تير، مرداد، آبان و اسفند طي دوره آماري در اكثر ايستگاه‌هاي منطقه مطالعاتي غلظت مواد معلق روند كاهشي داشته است. نتايج بررسي روند تغييرات فصلي AOD نيز حاكي از روند كاهشي غلظت مواد معلق جو به‌ويژه در فصول تابستان و بهار است. در فصل پائيز فقط براي ايستگاه كرمان ، تغييرات AOD داراي روند افزايشي بوده است. نتيجه ­گيري يكي از منابع اطلاعاتي موجود براي دسترسي به عمق اپتيكي آئروسل‌ها، سنجنده موديس است. بر اساس نتايج تحقيق حاضر رابطه قابل قبولي ميان محصول AOD سنجند موديس و داده‌هاي PM10 اندازه‌گيري شده در ايستگاه‌هاي زميني برقرار است. نتايج تحقيق نشان داد ميانگين AOD در مقياس سالانه بين 0.14 تا 0.53 متغير است كه بالاترين مقدار AOD در سال 1382 و حداقل مقدار آن در سال 1395 اتفاق افتاده است. بررسي روند سالانه AOD نشان داد در اكثر ايستگاه‌هاي منطقه مطالعاتي غلظت مواد معلق سير نزولي دارد. سير نزولي ميزان ذرات معلق جو مي‌تواند به دليل كاهش وقايع گردوغبار ناشي از افزايش سطح پوشش گياهي در منطقه باشد. مقادير ميانگين ماهانه و فصلي AOD نشان داد غلظت ذرات معلق طي پائيز و زمستان در ماه‌هاي آبان، آذر، دي و بهمن داراي حداقل مقدار و تابستان و بهار در ماه‌هاي تير، خرداد و ارديبهشت داراي حداكثر مقدار است. اين در حالي است كه روند تغييرات زماني AOD در مقياس فصلي و ماهانه نيز در اكثر ايستگاه‌هاي منطقه مطالعاتي طي دوره آماري، كاهشي است. به‌طوركلي نتايج تحقيق حاضر نشان داد ناحيه غربي منطقه مطالعاتي كه در استان كرمان واقع‌شده است با غلظت كمتري از ذرات معلق نسبت به نواحي شرقي واقع در استان سيستان بلوچستان، طي دوره آماري مواجهه بوده است. به‌طوركلي، كاهش مقادير مربوط به غلظت آئروسل‌ها در برخي از مناطق موردبررسي در اين پژوهش مي‌تواند بيانگر بهبود كيفيت هواي اين مناطق باشد. به نظر مي‌رسد اعمال روش‌هاي اجرائي و مديريتي مناسب در اين منطقه از كشور كه در سال‌هاي اخير موردتوجه بسياري از مديران و تصميم‌گيرندگان بوده است، توانسته نقش بسزايي در كاهش آلودگي غلظت هواويزها در اين منطقه از كشور داشته باشد.
چكيده لاتين :
Background and ObjectiveThe Aerosol Optical Depth index is one of the most commonly used indicators for assessing air pollution in various regions, especially arid and semi-arid areas. The arid and semi-arid regions are the main sources of dust particles. Due to locating in the arid and semi-arid region, Iran faces dust storms several times over the year, which have caused irreparable environmental and socio-economic damages to different parts of the country. The southeastern of Iran is one of these regions that is affected by dust storms in the first half of the year (early spring to late summer) due to 120-day winds, and large amounts of sand and dust particles enter the atmosphere each year. Therefore, it is important to study the temporal and spatial changes of suspended particles in the atmosphere, of which dust is a major part of aerosols in these regions. In fact, knowing the temporal and spatial changes of suspended particles can be helpful in providing appropriate solutions to reduce the damages caused by these particles. In this study, due to lack of ground-based aerosol gauge station, aerosol optical depth feature was considered based on the Aerosol Optical Depth (AOD) product of MODIS sensor to monitor and analyze spatial and temporal changes of aerosol concentrations in Iran during a period of 18 years. Annual, monthly and seasonal temporal changes of AOD were investigated using pre-whitening Mann-Kendall trend test. Materials and MethodsThe daily MODIS level-4 AOD data have been used in this study. The AOD data were obtained from the earth explorer website USGS in 6570 frames for 2001- 2018 and these data were extracted in NetCDF format with programming in Matlab software as annual, seasonal and monthly time series for 13 synoptic stations in the study area. PM10 concentration data were used to validate the AOD product of MODIS. In order to investigate the temporal and spatial changes of aerosol concentrations. The AOD zoning maps were prepared using inverse distance weighted (IDW) interpolation method based on the mean values of AOD. Based on the IDW method, each point/ station has a local effect that decreases with increasing distance, places close to the measuring point will have more weight. Finally, the temporal trend changes of AOD data were determined using the Mann- Kendall trend test in the different time scales. Results and Discussion The results obtained from the validation of AOD data indicated that there was a strong and acceptable relationship between aerosol optical depth and PM10 concentration data at 95% significant level. Therefore, it can be concluded that the AOD data have a good accuracy to investigate and analyze the changes in suspended particles in the atmosphere in the study area. The spatial distribution of AOD in the study area showed that the western and central regions (Kerman, Baft, Sirjan, Rafsanjan) had the lowest concentration of aerosol during the period of 2001- 2018. While, the northeastern, eastern and southern regions (Sistan and Baluchestan province) have been affected by higher concentrations of aerosol. The amounts of AOD have varied from 0.14 to 0.53 in the study period that occurred in the years of 2016 and 2003, respectively. The findings of temporal changes of annual AOD series indicated that the atmosphere suspended particles had the highest amount in the years of 2001, 2003, 2008, 2009 and 2012 at the Zabol, Zahak, Zahedan, Khash and Iranshahr regions, respectively. The seasonal mean AOD had the most concentration in the summer and spring seasons while the autumn and winter had the lowest aerosol concentration. The monthly AOD series showed that the increasing variations of atmosphere suspended particles starts in April and then increases in June and has decreasing changes in July. The results of Mann- Kendall trend test indicated that changes trend of annual aerosol optical depth was decreasing in the most regions except in the Rafsanjan station so that the AOD changes had significant downward trend a 5% level in the Zahedan, Zahak, Zabol, Saravan and Bam stations. The Mann- Kendall statistic of monthly AOD series showed the most frequency of significant trend occurred in May, June, July and October, respectively in the study region. The monthly trend of AOD indicated decreasing changes of aerosol during the study period. As in May, June, July, August, November and February, the concentration of aerosols had a downward trend in the most study stations. The seasonal changes of AOD showed a decreasing trend in aerosols in the summer and spring, while there was an increasing trend in the autumn season. Conclusion One of the available sources to access the aerosol optical depth data is the MODIS sensor. Based on our findings, there was an acceptable relationship between AOD product of MODIS and PM10 data obtained from ground-based aerosol gauge stations in the study region. The results of this study showed that the annual mean AOD varied from 0.14 to 0.53 which highest and lowest values occurred in the years of 2003 and 2016, respectively. Annual trend of AOD showed the concentration of aerosols was decreasing in most regions. The decreasing trend can be due to the decline of dust events resulted from an increase in vegetation cover in the study area. The monthly and seasonal mean AOD showed the concentration of aerosols had the lowest value during the autumn and winter in November, December, January and February, while in the summer and spring, the aerosols had the highest concentration in May, June and July. However, the temporal changes of monthly and seasonal AOD were decreasing in the most study regions. Generally, our findings showed the western part of the study area, located in Kerman province, had been faced the lower concentration of aerosols than the eastern part, located in Sistan province, during the study period. In general, the declining of aerosol concentrations in some of the study areas could indicate an improvement in air quality in these regions. It seems that the implementation of appropriate executive and management methods in this region, which has been considered by many managers and decision-makers in recent years, have had a significant effect on the reduction of air pollution.
سال انتشار :
1399
عنوان نشريه :
سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافيايي در منابع طبيعي
فايل PDF :
8218293
لينک به اين مدرک :
بازگشت