نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مدیریت محیطی، دانشکدة جغرافیا و برنامهریزی دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 استاد، دانشکدة جغرافیا و برنامهریزی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
3 استاد، دپارتمان جغرافیا و مؤسسة ایکتا، دانشگاه اتوناما بارسلونا
چکیده
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract:
According to the statistics of the Organization of the Environment, a total of 48 days of air pollution exceeds the admissible threshold (AQI more than 150) for the three months of the year. These days coincide with the time when Tehran's inversion reaches its maximum stability. The purpose of the present study was first to determine the height of air pollution in Tehran on the days when pollution exceeds the permissible limit. It also aims to study the pressure and temperature masses of such days, considering the geographical and topographic conditions, and finally to identify the best of these cells for theoretically possible air turbulence. The results of this study, based on Tehran temperature and pressure data over a 15-year period (2003-2017), show that the highest elevation of Tehran inversion does not exceed 1800 meters on polluted days. Only within 6 days of whole days beyond the admissible threshold, temperature and pressure cells with the highest Newtonian mass are formed. The center of such cells shows a pressure difference of 32 milligrams in November, 7 milligrams in January, 100 milligrams in December, as well as a temperature difference of 1.1 degrees in November, 4.4 degrees in January, and 1.9 degrees in December. Based on the results and topographic conditions as well as the cell adaptation to such conditions, it seems that theoretically, it is possible to artificially create air turbulence in Tehran to mitigate the contamination amount.
Extended Abstract
Introduction
Tehran is one of the largest and the most crowded cities that suffers from air pollution. On some days of the year, the amount of contaminating and pollution elements increases so much that breathing is very difficult for inhabitants. The Air Quality Index (AQI) varies over the course of a year in Tehran. During autumn and winter, Tehran becomes more polluted. Atmospheric temperature inversion worsens air pollution during that period. The two factors of climate and topography are affecting air pollution in Tehran. These two factors are emphasized in this research to look for a way to eliminate or at least decrease the pollution of Tehran's air. This research focuses on vertical and horizontal exchanges via atmospheric mixing by defining the good conditions for instability during the inversion periods in Tehran. If there are suitable mixing conditions (identified with cells of pressure and/or temperature), we could define the best status for instability. There is a need to know the differences between temperature and pressure that give rise to air turbulence.
Methodology
Firstly, the pressure and temperature maps were drawn at different levels of the atmosphere. Further, based on these maps, the levels that had the most number cells of pressure and temperature with the most gradient were selected. This revealed the degree of differences in temperature and pressure that cells should have to create instability. We used the synoptic stations and the air pollution testing stations as well as Google Earth, Arc GIS, Surfer, and Voxler software
Discussion
In the first step, we find the days when the AQI (Air Quality Index) was greater than 150 as dangerous days of pollution from 2003 until 2017. In order to calculate the average inversion level, Radiosonde data were used. The height of the inversion phenomenon in Tehran is not the same in the target months (January, November, and December). The highest inversion height in the target months is 1800 m and the lowest is 1300 m. Exceedance of the AQI index or the pollution crisis threshold does not cover all areas of Tehran in the target months. That is, while some districts of Tehran experience higher pollution than the thresholds, others do not. During December, the expanse of pollution in Tehran is wider than other target months.
Next, based on the determined inversion levels, the zoning maps of pressure and temperature on critical days of pollution were drawn in the target months. From among them, maps containing temperature and pressure cells were selected, then a matrix was prepared for all cells in the selected maps and their Newtonian mass was calculated. This matrix represents the cells that have the gradient because the two factors of cell difference and distances play a major role in their triggering. Finally, for each month, two temperature and pressure cells with the highest Newtonian mass were selected.
In order to investigate the effect of topographic terrains on temperature and pressure cells, and to further understand the location of these cells, the temperature and pressure cells were overlain on the topography of the area. For this purpose, a 3D map of the area’s heights was plotted, and the synoptic stations, pressure, and temperature cells overlapped for analysis and investigation.
Conclusion
The following results were obtained by drawing and examining the pressure and temperature maps:
1) There are two cells in the November temperature map at Imam Khomeini Airport Station and Mehrabad Station. Imam Khomeini's cell is located at an altitude of 990.2 meters near the low elevation range of southern Shahriar. Mehrabad cell is located at an elevation of 1190 meters and in the easterly part of the southern Alborz Mountains.
2) The temperature maps of January with two cells of geophysics and Shemiran are 1423.8 m and 1548.2 meters, respectively. The two formed cells are located in the recesses of the southern slope of the Alborz Mountains, and it may be noted that the confinement of cell formation zones may influence the formation of these temperature cells.
3) The December temperature map contains two cells of geophysics and Shemiran, which are located at altitudes of 1423.8 and 1548.2, respectively. These two cells are also located in the indentation of the southern slope of the Alborz Mountains.
4) On the map of November pressure difference, two cells of Chitgar at 1305.2 height and Imam Khomeini airport cell at 990.2 height are located. The Chitgar Cell lies on the southern slope of Alborz, where the heights have advanced, and the Imam Khomeini Airport cell is near the low-lying slopes south of Shahriar. The formation of these pressure cells at the sites mentioned may be affected by the air currents in the area. These currents, due to the advance of the southern slopes of the eastern highlands, divert the surface winds of these currents to the southern plains and increase the relative wind velocity at these points.
5) The January pressure difference map shows two cells of Mehrabad with a height of 1190.2 and Chitgar with a height of 1305.2 meters. The two cells are located on the eaves of the southern Alborz Mountains.
6) December pressure maps showed two cells of geophysics and Mehrabad. These two cells were located at 1423.8 and 1190.2, respectively. These two cells are located on the northern elevation of Tehran. In fact, this part of the southern slope of Alborz is indented, and this retreat can be effective in winds and existing cells.
According to the obtained results, among all days that the AQI passes the threshold, only in 6 days, temperature and pressure closed cells with the highest Newtonian mass are formed. The center of these cells shows a pressure difference of 32 milligrams in November, 7 milligrams in January, 100 milligrams in December, and the temperature difference of 1.1 degrees in November, 4.4 degrees in January, and 1.9 degrees in December.
Generally, considering the formed cells by the temperature and pressure difference and the gradient between them as well as the difference in height between the cells and their location and pointing out that the local winds cause the difference of temperature and pressure, it seems that, theoretically, it is possible to create artificial air turbulence in Tehran within the study area to control the contamination amount. Knowledge of the conditions in the study area is natural in this study and there is no uniformity pattern for all areas in the subject area. This study was conducted only for a limited period of 15 years (from 2003 to 2017) in the study area of Tehran province and also all analyses were performed on the basis of statistics measured in synoptic stations in this area. It should be emphasized that all reviews and results are based on this range and the data and cannot be generalized.
Keywords: Inversion, Air Pollution, Thermal Cells, Pressure Cells, Tehran.
References
- Ccoyllo, S. O. R., & Andrade, M. F. (2002). The influence of meteorological conditions on the behavior of Sapaolo Brazil. (n.p).
- Dutta, J., Chowdhury, C., Roy, S., Middya, A. I., & Gazi, F. (2017). Towards smart city: Sensing air quality in city based on opportunistic crown-sensing. In Proceedings of the 18th International Conference on Distributed Computing and Networking, Hyderabad, India, 5–7.
- Fargkou, M. C. (2009). Evaluation of urban sustainability through a metabolic perspective. PhD Thesis, Environmental Sciences, Universitat Autonoma de Barcelona.
- Fortelli, A., Scafetta, N., & Mazzarella A. (2016). Influence of synoptic and local atmospheric patterns on PM10 air pollution levels: A model application to Naples (Italy). Journal of Atmospheric Environment, 143, 218-228.
- Ma, J., Chen, L. L., Guo, Y., Wu, Q., Yang, M., Wu, M. H., & Kannan, K. (2014). Phthalate diester in Airborne PM2.5 and PM10 in a suburban area of Shanghai: Seasonal distribution and risk assessment. Journal of Science of the Total Environment, 497, 467-474.
- Mohan, M., & Kandya, A. (2007). An analysis of the annual and seasonal trends of air quality index of Delhi. Journal of Environmental Monitoring and Assessment, 131(1-3), 267-277.
- Molina, M. J., & Molina, L. T. (2004). Megacities and atmospheric pollution. Journal of the Air and Waste Management Association, 54(6), 644-680.
- Nieuwenhuijsen, M. J., Basagan, X., Dadvand, P., Martinez, D., Cirach, M., Beelen, R., & Jacquemin, B. (2014). Air pollution and human fertility rates. Environmental International, 70, 9-14.
- Song, X. D., Wang, S., Hao, C., & Qiu, J. S. (2014). Investigation of SO2 gas adsorption in metal-organic frameworks by molecular simulation. Journal of Inorganic Chemistry Communications, 46, 277-281.
- Tian, G., Qiao, Z., & Xu, X. (2014). Characteristics of Particulate matter (PM10) and its relationship with meteorological factors during 2001-2012 in Beijing. Journal of Environmental Pollution, 192, 266-274.
- Xing, Y., Horner, R. M. W., El-Haram, M. A., & Bebbington, J. (2009). A framework model for assessing sustainability impacts of urban development. Journal of Accounting Forum, 33, 209-224.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
شهر سیستمی است درنهایت پیچیدگی که بهواسطة شرایط اجتماعی، اقتصادی، محیطی، ارتباطات و فرایندها شکل یافته است (Fargkou, 2009). شهرها به دلیل تراکم جمعیت و فشردگی فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی، مهمترین مراکز مصرف منابع انرژی و تولیدکنندة مواد آلایندة جوّی به شمار میروند (Xing et al., 2009). با شهرنشینی و صنعتیشدن جهانی، مشکلات مربوط به آلودگی هوا اثر منفی فزایندهای بر سلامت انسانها و محیطزیست داشته است (Coyllo et al., 2002)؛ به طوری که آلودگی هوا به مسئلهای مهم در بهداشت عمومی جهان تبدیل شده است (jing et al., 2014). در این میان آلودگی هوای تهران به یکی از معضلات جدی شهری تبدیل شده است و بهویژه در فصل سرد سال باعث بروز بیماریهای مختلف قلبیعروقی، تنفسی و آلرژیک در شهروندان تهرانی میشود.
دربارة آلودگی هوا تاکنون مطالعات بسیاری صورت گرفته است. بسیاری از این پژوهشها علل این آلودگی را بررسی کرده و بسیاری نیز به دنبال یافتن راهحلهایی برای برطرفکردن یا کاهش این مشکل بودهاند.
لشکری و هدایت (1385) در مقالهای الگوی سینوپتیکی اینورژنهای شدید شهر تهران را بررسی کرده و به این نتیجه رسیدهاند که درمجموع چهار الگوی سینوپتیکی باعث ایجاد اینورژنهای شدید در تهران میشود.
صفوی و علیجانی (1385) در پژوهشی عوامل جغرافیایی مؤثر در آلودگی هوای تهران را بررسی کرده و به این نتایج دست یافتهاند که ویژگیهای طبیعی شهر اثر بسیار زیادی بر آلودگی آن دارد. وارونگیهای دمایی از ویژگیهای دورة سرد سال است که به همراه استقرار آنتیسیکلون با هوای پایدار ایجاد میشود. درنهایت بهمنظور سازگاری با این شرایط جغرافیایی، مدیران و برنامهریزان شهر باید از سنگینی صنایع و فعالیتهای آلاینده بکاهند و با برنامههای تشویقی در مردم و متولیان شهر احساس مسئولیت ایجاد کنند.
نجیبزاده و همکاران (1391) در مطالعهای با هدف سنجش الگوی پراکنش آلایندهها در شرایط مختلف مطرح میکنند که الگوی پراکنش آلایندههای جوّ در محدودة شهر تهران متأثر از عوامل متعددی دربردارندة ویژگیهای آبوهوایی و محیط طبیعی و انسانی آن است.
بازگیر و همکاران (1394) در مطالعهای 60 روز آلودة تهران از 15 آبان تا 15 دیماه سال 1389 تا 1391 را بررسی کردند. نتایج این پژوهش نشان میدهد شاخص ناپایداری جوّ بیشترین تأثیر را بر تغییرات آلودگی هوا داشته است. دستاورد شایان توجه در این پژوهش، همبستگی غیرمستقیم بین تعداد خودرو و شاخص کیفیت هواست که برخلاف انتظار است.
صیدایی و همکاران (1397) در مقالهای پایداری زیستمحیطی شهر اصفهان را با تأکید بر آلودگی هوا ارزیابی کردند. آنها 5 شاخص آلودگی هوا را طی سالهای 1386- 1390 بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که شرایط زیستمحیطی شهر اصفهان به سمت ناپایداری سوق پیدا میکند؛ به گونهای که سال 1390 بیشترین میزان آلودگی را دارد و میزان گاز دی اکسید گوگرد و مونوکسیدکربن بیشترین نقش را در این آلودگیها داشته است.
Coyllo and Andrad (2002) در مقالهای ارتباط سامانههای هواشناسی را با غلظت آلایندهها ارزیابی کردهاند. نتایج این پژوهش نشان میدهد مقادیر زیاد غلظت آلایندهها در این منطقه متأثر از سامانههای پرفشار جنب حارة اطلس شمالی است.
Devasthale et al. (2010) در مقالهای فراوانی و شدت وارونگیهای دمای سواحل اقیانوس شمالی را با استفاده از نیمرخ (AIRS) مطالعه کردند. نتایج مشاهدات، روندی کاهشی را در فراوانی و وارونگیها نشان میدهد. همچنین شدت وارونگیهای فصل تابستان در سال 2007 نسبت به سالهای ماقبل افزایش چشمگیری داشته که ناشی از افزایش دمای لایة تروپوسفر از 5/1 درجة کلوین به 3 درجة کلوین بوده است.
Buchholz et al. (2010) در مقالهای طی دورة آماری 2001- 2007 و پایش 15 ایستگاه کیفیت هوا در بلژیک، فرانسه، آلمان و لوکزامبورگ به این نتایج دست یافتند که رژیمهای گردش سیکلونی نسبت به رژیمهای آنتیسیکلونی و نصفالنهاری در افزایش کیفیت هوا مؤثرتر بوده است و روزهای با پدیدة بارش نسبت به روزهای با حاکمیت تودة هوای خشک در کاهش PM10 و افزایش کیفیت هوا اثرگذارترند.
Fortelli et al. (2016) در مقالهای رابطة بین الگوهای هواشناسی سینوپتیک محلی و سطح آلودگی هوا (PM10) را در کلانشهر ناپل ایتالیا بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که بحرانهای آلودگی زمانی رخ داده که تنش باد بین 1 تا 2 متر بر ثانیه بوده و وارونگی حرارتی بین دو مکان استراتژیک حداقل 3 درجة سانتیگراد/ 200 متر بوده و هفت روز حداقل بارندگی زیادی رخ نداده است.
شهر تهران ازلحاظ جغرافیایی در 51 درجه و 4 دقیقه تا 51 درجه و 33 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 35 دقیقه تا 35 درجه و 50 دقیقه عرض شمالی واقع شده و ازنظر ژئومورفولوژی و توپوگرافی با مساحتی حدود 800 کیلومترمربع در دامنة جنوبی کوههای البرز قرار گرفته است. ارتفاع شهر در جنوب در فرودگاه مهرآباد به 1200 متر و در شمال به 2000 متر میرسد. اگرچه شیب عمومی شهر به طرف جنوب است، در داخل شهر هم ناهمواریها بسیار است. ارتفاعات البرز دیوارة شمالی و کوههای محدودة بیبی شهربانو دیوارة شرقی شهر را تشکیل میدهند، اما نواحی جنوبی و غربی تهران چندان مرتفع نیستند.
تمام مطالعاتی که دربارة آلودگی جوّی در تهران به این شکل صورت گرفته، بیشتر جنبة بازشناسی علمی و تمام پژوهشهایی که برای رفع این مشکل انجام شده است، بیشتر جنبة مدیریت شهری داشتهاند؛ مانند تعطیلی روزهای بحرانی، جلوگیری از ورود اتومبیلهای دودزا، جابهجایی کارخانههای صنعتی و... . اهمیت و ارزش این پژوهش بیشتر به این دلیل است که بهجای اتکا بر مدیریت رفتارهای انسانی و اجتماعی برای کاهش آلودگی هوا، بر مدیریت و تغییر الگوهای جوّی تمرکز دارد؛ به بیان دیگر هدف این پژوهش، استفاده از خصوصیات اقلیمی و توپوگرافی برای ایجاد نوعی آشفتگی در هواست؛ به گونهای که بتوان از رسیدن AQI به مرز و آستانة بحران جلوگیری کرد.
روششناسی پژوهش
برای دستیابی به هدف پژوهش با استفاده از دادههای مربوط به آلودگی هوای تهران، روزهایی که میزان میانگین AQI از 150 بیشتر است، روزهای بحرانی آلودگی در نظر گرفته و سپس دادههای مربوط به جوّ بالا در روزهای مدنظر استخراج شدهاند. این دادهها در استان تهران در فرودگاه مهرآباد برداشت و از وبگاه دانشگاه وایومینگ[1] اخذ شده و با استفاده از آنها حد نهایی اینورژن در سه ماه مدنظر تعیین شده است؛ سپس با توجه به دادههای دما و فشار ایستگاههای سینوپتیک در سطح استان تهران و براساس سطوح اینورژن تعیینشده، نقشههای فشاری و دمایی در ترازهای مختلف جوّ ترسیم شدند (نقشهنگار اقلیمی). در ادامه براساس این نقشهها، ترازی که بیشترین سلولهای دمایی یا فشاری را ازنظر رقومی داشت، مشخص و مراکز هر سلول تعیین شده است. سپس با توجه به میزان مسافت بین سلولها و مقدار تفاوت آنها براساس اصول ترمودینامیک، بهترین سلولها (فشاری یا دمایی) که امکان تحریک آنها وجود دارد، انتخاب شدهاند و با محاسبة مقداری به میزان تغییر تفاوتها برای تحریکپذیری به دو روش نیوتونی (f=(Mi×Mj)/D2 ×1000) و شاخص تحریکپذیری ( C.E=) اقدام شده است. این ماتریس بیانگر سلولهایی است که بیشترین اختلاف (دمایی یا فشاری) و کمترین فاصله را از خود نشان میدهند.
Table 1. Research steps
|
نتیجهگیری
|
|
تحلیل امکان تحریکپذیری هوای تهران در مواقع اینورژن
|
|
امکان تحریکپذیری سلولها با محاسبة میزان تفاوت مقداری آنها
|
|
امکانسنجی تحریک سلولهای بستة فشاری یا دمایی بهمنظور کاهش آلودگی هوای شهر تهران
|
|
انتخاب بهترین سلول برای تحریکپذیری با توجه به مسافت و تفاوت آنها و براساس اصول ترمودینامیک
|
|
تعیین مراکز سلولها و تراز دارای بیشترین سلولهای دمایی و فشاری
|
|
پالایش دادههای فشار و دما و ترسیم نگارههای اقلیمی در شرایط بحرانی
|
|
تعیین بازة زمانی براساس روزهایی که آلودگی به حد بحرانی میل میکند
|
|
استخراج دادههای جوّ بالا و تعیین حد نهایی اینورژن در روزهای بحرانی برای هر ماه و میانگین آنها در ماه مدنظر
|
|
استخراج و تهیة آمار فشار و دما مربوط به روزهای بحرانی آلودگی
|
درنهایت با توجه به بررسیهای انجامشده و شرایط طبیعی موجود، امکانسنجی تحریک سلولهای بستة فشاری یا دمایی بهمنظور کاهش آلودگی هوای شهر تهران انجام شده است.
یافتههای پژوهش و تجزیه و تحلیل آنها
مهمترین عامل اقلیمی مؤثر در آلودگی هوای تهران، وارونگیهای دمایی است که به دو صورت تابشی و سینوپتیکی ایجاد میشوند. وارونگیهای تابشی براثر سردشدن شدید زمین تشکیل میشوند و وارونگیهای سینوپتیک عمدتاً براثر استقرار سیستمهای پایدار جوّی پرفشارها و زبانههای آنها ایجاد میشوند. هر دو پدیده ویژگی اصلی دورة سرد سال هستند؛ از این رو آلودگی هوای تهران در دورة سرد سال شدیدتر است (دلجو، 1378).
بهمنظور ترسیم نقشههای فشار و دما در ترازهای مختلف جوّ و در روزهای بحرانی آلودگی، میانگین سطوح ارتفاعی اینورژن محاسبهشده در سه ماه مدنظر نسبت به ایستگاههای سینوپتیک استان تهران محاسبه و ترسیم شدند (شکل 1).
شکل 1. نیمرخ میانگین ارتفاع اینورژن در سه ماه مطالعهشده
(منبع: نویسندگان، 1399)
inversion height diagram for 3 months in the study area Figure 1.
براساس شکل 1، نتایج حاصل از این بخش از بررسی را میتوان در گزارههای زیر خلاصه کرد:
در ادامه و پس از ترسیم نقشههای دمایی و فشاری براساس سطوح اینورژن، ترازی که بیشترین سلولهای دمایی یا فشاری را ازنظر رقومی دارد، مشخص و مراکز هر سلول تعیین شده است؛ سپس برای تمامی سلولها در نقشههای انتخابشده، ماتریسی تهیه و میزان جاذبة نیوتونی آنها محاسبه شد. محاسبة جاذبة نیوتونی بهمنظور شناخت بهترین سلولهایی است که بهترین شرایط را برای حرکت و جابهجایی به سمت یکدیگر دارند. درنهایت برای هر ماه دو سلول دمایی و فشاری که بیشترین جاذبة نیوتونی را داشتند، انتخاب شدند و نقشههای سلولهای دمایی و فشاری دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در هر سه ماه مدنظر ترسیم شد.
شکل 2. نقشة دو سلول دمایی دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ 2013/11/28 در ماه نوامبر
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 2. Map of two temperature cells with the highest Newtonian mass in 28/11/2013 in November
در شکل 2، نقشة دمایی ماه نوامبر در حالت اینورژن شدید و تا ارتفاع 1300 متر پدیدار میشود که حاکی از وجود دو سلول با بیشترین جاذبة نیوتونی در ایستگاه فرودگاه امام خمینی و ایستگاه مهرآباد است. فاصلة بین دو سلول موجود تقریباً برابر با 33.65 کیلومتر است. ایستگاه امام خمینی در ارتفاع 2/990 متر و ایستگاه مهرآباد در ارتفاع 2/1190 متر قرار دارد. دمای نقاط مرکزی این سلولها برای نقطة مهرآباد 75/13 درجه و برای نقطة فرودگاه امام خمینی 65/12 درجه است.
شکل 3. نقشة دو سلول دمایی دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ8/1/2013 در ماه ژانویه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 3. Map of two temperature cells with the highest Newtonian mass in 8/1/2013 in January
در شکل 3، نقشة دمایی ماه ژانویه در حالت اینورژن شدید و تا ارتفاع 1800 متر پدیدار میشود. این نقشه حکایت از وجود سه سلول دمایی دارد که بیشترین مقدار جاذبة نیوتونی به دو سلول ژئوفیزیک و شمیران مربوط است. این دو سلول در مسافت تقریبی 21/10 کیلومتر نسبت به یکدیگر قرار دارند. ایستگاه شمیران در ارتفاع 2/1548 متر و ایستگاه ژئوفیزیک در ارتفاع 8/1423 متر قرار گرفته است. دمای هستة این سلولها برای نقطة ژئوفیزیک 2/7 درجه و برای نقطة شمیران 6/11 درجه است.
شکل 4. نقشة دو سلول دمایی دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ8/12/2010 در ماه دسامبر
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 4. Map of two temperature cells with the highest Newtonian mass in 8/12/2010 in December
در شکل 4، نقشة دمایی ماه دسامبر در حالت اینورژن تا ارتفاع 1700 متر دیده میشود. این نقشه حاکی از وجود 10 سلول دمایی است که در میان آنها دو سلول ژئوفیزیک و شمیران بیشترین جاذبة نیوتونی را دارند. این دو سلول به ترتیب با ارتفاع 8/1423 و 2/1548 متر در فاصلة تقریبی 2/10 کیلومتر از یکدیگر قرار گرفتهاند؛ همچنین دمای مرکز آنها برای سلول ژئوفیزیک 9/9 درجه و برای سلول شمیران 8 درجه است.
شکل 5. نقشة دو سلول فشاری دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ27/11/2013 در ماه نوامبر
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 5. Map of two Pressure cells with the highest Newtonian mass in 27/11/2013 in November
شکل 5 نشاندهندة نقشة اختلاف فشار در حالت اینورژن در ارتفاع 1300 متر در ماه نوامبر است. این نقشه حاکی از وجود دو سلول فشاری است که این دو سلول بیشترین جاذبة نیوتونی را نسبت به سلولهای فشاری دیگر در سایر روزهای آلوده دارند. این دو سلول در فاصلة تقریبی 88/36 کیلومتر از یکدیگر واقع شدهاند. ایستگاه چیتگر در ارتفاع 2/1305 متر و ایستگاه فرودگاه امام خمینی در ارتفاع 2/990 متر قرار گرفته است. هستههای فشاری این سلولها به ترتیب برابر با 874 و 906 هکتوپاسکال است.
شکل 6. نقشة دو سلول فشاری دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ 1/1/2017 در ماه ژانویه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 6. Map of two Pressure cells with the highest Newtonian mass in 1/1/2017 in January
شکل 6 نشاندهندة نقشة اختلاف فشار در حالت اینورژن در ارتفاع 1800 متر در ماه ژانویه است. این نقشه حاکی از وجود چهار سلول فشاری است که در این میان دو سلول مهرآباد و چیتگر بیشترین جاذبة نیوتونی را دارند. این دو سلول در فاصلة تقریبی 14 کیلومتر از یکدیگر واقع شدهاند. سلول چیتگر در ارتفاع 2/1305 و سلول مهرآباد در ارتفاع 2/1190 متری قرار گرفته است. هستههای فشاری این دو سلول به ترتیب برابر با 873 و 880 هکتوپاسکال است.
شکل 7. نقشة دو سلول فشاری دارای بیشترین جاذبة نیوتونی در تاریخ25/12/2013 در ماه دسامبر
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 7. Map of two Pressure cells with the highest Newtonian mass in 25/12/2013 in December
در شکل 7 سه سلول تشکیلشدة فشاری ماه دسامبر در ارتفاع 1700متری دیده میشود. براساس محاسبات انجامشده بیشترین جاذبة نیوتونی به دو سلول ژئوفیزیک و مهرآباد مربوط است. این دو سلول به ترتیب با ارتفاع 8/1423 و 2/1190 متر، در فاصلة تقریبی 9/2 کیلومتر از یکدیگر قرار گرفتهاند. هستههای فشاری سلولهای ژئوفیزیک و مهرآباد به ترتیب برابر با 904 و 915 هکتوپاسکال است.
درنهایت و بهمنظور بررسی تأثیر عوارض توپوگرافیک روی سلولهای دمایی و فشاری تشکیلشده و همچنین درک بیشتر محل قرارگیری این سلولها برای تطبیق سلولهای دمایی و فشاری روی توپوگرافی منطقه اقدام شد.
شکل 8. نقشة تطبیق سلولهای دمایی نوامبر با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 8. Overlay of November temperature cells to the topography
براساس شکل 8، دو سلول دمایی مهرآباد و امام خمینی قابل مشاهده است. سلول فرودگاه مهرآباد در قسمت پیشآمدگی ارتفاعات جنوبی البرز قرار گرفته است و سلول فرودگاه امام خمینی در نزدیکی دامنة برجستگیهای کمارتفاع جنوب شهریار واقع شده است. سلول مهرآباد با ارتفاع 1190.2 متر و مقدار فشار 884.1375 هکتوپاسکال و سلول فرودگاه امام خمینی با ارتفاع 990.2 متر و فشار 905.5875 هکتوپاسکال اختلاف ارتفاع 200متری و اختلاف فشار 21.45هکتوپاسکالی دارند. این دو سلول دمایی با بیشترین میزان جاذبة نیوتونی در روزهای بحرانی آلودگی طی 15 سال شناسایی شدهاند.
شکل 9. نقشة تطبیق سلولهای دمایی ژانویه با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 9. Overlay of January temperature cells to the topography
در شکل 9 سه سلول شمیران، ژئوفیزیک و مهرآباد قابل مشاهده است. دو سلول تشکیلشده در قسمت تورفتگی دامنة جنوبی ارتفاعات البرز قرار گرفتهاند و شاید بتوان به این مطلب اشاره کرد که محصوربودن مناطق تشکیل سلولها میتواند روی شکلگیری این سلولهای دمایی تأثیرگذار باشد. در این میان دو سلول ژئوفیزیک و شمیران ازنظر دمایی جاذبة نیوتونی بیشتری نسبت به سایر سلولها دارند. سلول ژئوفیزیک ارتفاع 1423.8 متر و فشار 854.1 هکتوپاسکال و سلول شمیران ارتفاع 1548.2 متر و فشار 844.7 هکتوپاسکال دارند. این دو سلول با اختلاف ارتفاع 124.4متری و اختلاف فشار 9.8هکتوپاسکالی، روی سطح شیب انتهایی دامنة کوههای البرز واقع شدهاند.
شکل 10. نقشة تطبیق سلولهای دمایی دسامبر با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 10. Overlay of December temperature cells to the topography
براساس شکل 10 پنج سلول دمایی موجود شامل ورامین، امام خمینی، چیتگر، ژئوفیزیک و شمیران روی توپوگرافی تهران قرار گرفتهاند. در این میان دو سلول ژئوفیزیک و شمیران ازنظر دمایی بیشترین جاذبة نیوتونی را دارند. این دو سلول در قسمت تورفتگی دامنة جنوبی ارتفاعات البرز واقع شدهاند و محصوربودن مناطقی که سلولها در آن وجود دارند، میتواند بر تشکیل این سلولهای دمایی مؤثر باشد. سلول ژئوفیزیک با ارتفاع 1423.8 متر و فشار 862.9 هکتوپاسکال و ایستگاه شمیران با ارتفاع 1548.2 متر و فشار 850.2 هکتوپاسکال، 124.4 متر اختلاف ارتفاع و 12.7 هکتوپاسکال اختلاف فشار دارند.
شکل 11. نقشة تطبیق سلولهای فشاری نوامبر با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 11. Overlay of November pressure cells to the topography
در شکل 11 شاهد تشکیل دو سلول فشاری در محل ایستگاه چیتگر و ایستگاه فرودگاه امام خمینی هستیم. سلول چیتگر در دامنة جنوبی البرز در قسمتی قرار گرفته است که ارتفاعات پیشروی کردهاند. سلول فرودگاه امام خمینی در نزدیکی دامنة کوههای کمارتفاع جنوب شهریار واقع شده است. تشکیل این سلولهای فشاری در محلهای نامبرده میتواند متأثر از جریانهای هوایی باشد که در این منطقه وجود دارد. این جریانها متأثر از پیشروی دامنههای جنوبی ارتفاعات شرقی، به سوی قسمتهای دشتهای جنوبی میوزند و افزایش سرعت نسبی باد را در این نقاط پدید میآورند. ایستگاه چیتگر با ارتفاع 1305.2 متر و دمای 11.55 درجه و ایستگاه فرودگاه امام خمینی با ارتفاع 990.2 متر و دمای 12.15 درجه، اختلاف ارتفاع 315متری و اختلاف دمای 0.6درجهای دارند.
شکل 12. نقشة تطبیق سلولهای فشاری ژانویه با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 12. Overlay of January pressure cells to the topography
در شکل 12 شاهد تشکیل چهار سلول شمیران، مهرآباد، امام خمینی و چیتگر هستیم. در این میان دو سلول مهرآباد و چیتگر ازنظر فشاری بیشترین مقدار جاذبة نیوتونی را دارند. این دو سلول در قسمت پیشآمدگی ارتفاعات جنوبی البرز قرار گرفتهاند. سلول چیتگر با ارتفاع 1305.2 متر و دمای 11.05 درجه، سلول مهرآباد با ارتفاع 1190.2 متر و دمای 11 درجه، اختلاف ارتفاع 115متری و اختلاف دمای 0.05درجهای نسبت به یکدیگر دارند.
شکل 13. نقشة تطبیق سلولهای فشاری دسامبر با توپوگرافی منطقه
(منبع: نویسندگان، 1399)
Figure 13. Overlay of December pressure cells to the topography
براساس شکل 13، سه سلول فشاری موجود شامل مهرآباد، ژئوفیزیک و شمیران روی توپوگرافی تهران قرار گرفتهاند که در میان این سلولها، دو سلول ژئوفیزیک و مهرآباد ازنظر فشاری بیشترین جاذبة نیوتونی را دارند. این دو سلول روی دامنة ارتفاعات شمالی تهران قرار گرفتهاند. درواقع این قسمت از دامنة جنوبی البرز تورفتگی دارد و این عقبنشینی میتواند در جهت وزش بادهای موجود و همینطور بر سلولهای تشکیلشده مؤثر باشد. سلول ژئوفیزیک با ارتفاع 1423.8 متر و دمای 3.8 درجه و سلول مهرآباد با ارتفاع 1190.2 متر و دمای 3.7 درجه، 233.6 متر اختلاف ارتفاع و 0.1 درجه اختلاف دما دارند.
نتیجهگیری
با توجه به علل طبیعی ایجاد آلودگی هوا در شهر تهران، یکی از راههای کنترل و کاهش آلودگی هوا در این شهر، استفاده از پتانسیل طبیعی آن است؛ در این میان، تأکید این پژوهش بر کنترل اینورژن در شهر تهران در روزهایی است که آلودگی هوا از آستانة مجاز میگذرد. اینورژن به معنای پایداری است و میتوان در صورت ایجاد آشفتگی در هوای تهران، این پایداری را کاهش داد و کنترل کرد.
پیش از هر چیز این موضوع نیاز به امکانسنجی و مطالعة نظری دارد تا شرایط امکان ایجاد ناپایداری بررسی شود. بدینمنظور سایر شرایط لازم برای ایجاد آشفتگی در محدودة مطالعهشده بررسی شد. ازجملة این شرایط میتوان به اختلاف دمایی و فشاری و گرادیان بین سلولهای شناساییشده و همچنین اختلاف ارتفاع بین سلولها و محل قرارگیری آنها اشاره کرد.
با توجه به این نکته که عامل ایجاد بادهای موضعی اختلاف دما و فشار است، به نظر میرسد در محدودة مطالعهشده از جنبة نظری امکان ایجاد مصنوعی آشفتگی هوا در آسمان تهران برای کنترل میزان آلودگی وجود دارد.
با محاسبه و ترسیم میانگین سطوح ارتفاعی اینورژن در سه ماه مدنظر، مشخص شد که ارتفاع اینورژن در هر ماه متفاوت است؛ همچنین در حالی که بخشی از منطقة تهران آلودگی بیش از حد آستانه را تجربه میکند، بخشهای دیگر از این قاعده مستثنی هستند.
با محاسبة مقدار بیشترین جاذبة نیوتونی در بین نقشههای پهنهبندی سلولهای فشاری و دمایی ترسیمشده در هر سه ماه، سلولهای دارای بیشترین اختلاف (دمایی یا فشاری) و کمترین فاصله از هم شناسایی شدند و با قرارگیری نقشة این سلولها روی توپوگرافی منطقه به علل تشکیل بعضی از آنها پی برده شد؛ برای نمونه در ماه نوامبر دو سلول فشاری در محل ایستگاه چیتگر و ایستگاه فرودگاه امام خمینی وجود دارد. سلول چیتگر در دامنة جنوبی البرز، در قسمتی قرار گرفته است که ارتفاعات پیشروی کردهاند. سلول فرودگاه امام خمینی در نزدیکی دامنة برجستگیهای کمارتفاع جنوب شهریار واقع شده است. تشکیل این سلولهای فشاری در محلهای نامبرده ممکن است متأثر از جریانهای هوایی باشد که در این منطقه وجود دارد. این جریانها متأثر از پیشروی دامنههای جنوبی ارتفاعات شرق، به سوی قسمتهای دشتهای جنوبی هدایت میشوند و افزایش سرعت نسبی باد را در این نقاط پدید میآورند.
بدیهی است که برای کاربردی و عملیاتیکردن این موضوع، باید مطالعات بیشتری درزمینة فیزیکی، هواشناسی، ژئوفیزیکی یا سایر زمینههای دیگر انجام شود. همچنین در این پژوهش آگاهی از شرایط محدودة مطالعهشده امری طبیعی است و هیچ الگوی یکنواختی برای تمامی مناطق درزمینة موضوع مورد پژوهش وجود ندارد. با توجه به اینکه این پژوهش فقط در دورة آماری محدود 15ساله (از سالهای 2003 تا 2017) و در محدودة مطالعهشدة استان تهران صورت گرفته و همچنین تمامی تحلیلها براساس آمارهای اندازهگیریشده در ایستگاههای سینوپتیک این محدوده انجام شده است، میتوان بر این نکته تأکید کرد که تمامی بررسیها و نتایج حاصلشده مبتنی بر این محدوده و دادهها هستند و نمیتوان آنها را بهطورکلی تعمیم داد.
تشکر و قدردانی
این پژوهش با حمایت مالی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور انجام شده است.
[1]. University of Wyoming: UW
)
