مدل سازی ترمودینامیکی و واکاوی همدید آلودگی هوای شهر تهران (ذرات معلق pm10)

شرایط اقلیمی از جمله وارونگی‌های دمایی و استقرار سامانه‌های پر فشار همراه با هوای پایدار به‌ویژه در دوره سرد سال، و همچنین بادهای محلی و همدید مقیاس باعث افزایش تراکم و حجم آلاینده‌های هوا در لایه‌های مجاور سطح زمین می‌شوند. هدف مطالعه واکاوی علل هواشناختی تشدید آلودگی هوای تهران با مطالعه اثر الگوهای همدید غالب جو مبتنی بر مدل سازی اقلیمی است. با شناسایی سامانه‌های تاثیرگذار بر شهر تهران و بررسی نقشه‌های همدید نشان داد که استقرار الگوهای واچرخندی روی شهر بیش از دیگر سامانه‌های جو در تشدید آلودگی هوای تهران موثر هستند، بطوریکه علاوه بر ایجاد پایداری و هوای آرام، از عوامل مهم رخداد پدیده وارونگی دمایی هستند. در ضمن در دوره سرد سال کاهش ضخامت لایه آمیخته ناشی از انقباض و برودت هوا بطور غالب در شرایط حاکمیت شرایط پرفشار رخ می­دهد. برای محاسبه عمق لایه وارونگی از نمودار ترمودینامیکی (skewt) داده­های جو بالای ایستگاه مهرآباد استفاده گردید. سپس با استفاده از مدل میان مقیاس آلودگی هوا (tapm) به واکاوی عددی پراکنش مکانی و زمانی آلودگی براساس سرعت و جهت باد، امگا و نیمرخ­های قائم عناصر جوی حاصل از مدل پرداخته شد. نتایج بدست آمده از واکاوی خروجی­های مدل نشان داد که سرعت و جهت باد در موقعیت مکانی تهران، مهمترین عامل اقلیمی تاثیرگذار در پراکنش آلودگی هوا است. به طوری‌که با کاهش و یا افزایش سرعت باد و تغییر جهت آن شرایط آلودگی به شدت تغییر می­کند. بادهایی که به جز باد غالب غربی در ایستگاه مهرآباد در مناطق و ایستگاه­های دیگر تهران عموما تحت تاثیر عوامل محلی دارای بادهای با شدت پایین و جهات متفاوت است. بنابراین بادهای داخل شهری هم قدرت کافی برای تهویه هوای شهر ندارند و در نتیجه تنها در جابجایی مکانی هسته­های آلودگی در طول شبانه­روز نقش دارند.

Synoptic Analysis and Thermodynamic Modeling for Air Pollution of PM10 in Tehran

IntroductionStable Climatic conditions such as thermal inversions and highpressure systems  established in stable weather, particularly in cold periods of a year increase the density and air pollutants mass in the layers adjacent to the ground surface. Spatial and synoptic scale winds are effective on the pollution aggregation as well. Tehran is considered as one of the most polluted cities in the world and on average one day out of each 3 days, is polluted by one or several main pollutants during the year. Air stability in both autumn and winter seasons provide favorable conditions for thermal inversion and thus leading to pollution aggregation in the ground surface layer and breathing layer of people. The objective of this study is to analyze climatic causes of air pollution and its intensity in Tehran through studying the effects of synoptic scale atmospheric systems based on climate modeling. Materials and MethodsAt First, the synoptic systems affecting Tehran were identified. Surveying the synoptic charts we looked for establishment of anticyclonic events in the city more than other atmospheric systems, that are effective on air pollution intensification.  In addition to establishment of stability and still air, the antisyclonic events are important factors for creation of thermal inversions. Furthermore, during the cold season, mainly in highpressure conditions thickness of mixed layer reduces due to air contraction and coldness. To detect the inversions, thermodynamic diagrams (SKEWT) produced from upper air data of Mehrabad Station were used. At the next stage, using the TAPM numerical air pollution model, () spatial and temporal distribution of polluted episods were analyzed based on the model outputs for surface wind speed and direction, and vertical profile of atmospheric elements. ResultsThe air quality is controlled by variations of temperature and wind elements and the air pollution sources. Both of the weather elements may be considered as the most effective climactic factor affecting the temporal and spatial distribution of Tehran air pollution, so that the horizontal and vertical variations create different phenomena such as horizontal and ascending flows. Out of 4 identified types of atmospheric systems that affect air pollution intensity, two have the maximum frequency and effect on spatial and temporal distribution of the polluters, namely northwest anticyclone and Siberian highpressure. Between the two elements, the northwest anticyclone is more effective on the spatial distribution and the Siberian highpressure is more effective for the temporal continuity of air pollution episods. ConclusionIndeed, in this study by comparing synoptic and modeling analysis methods, it was concluded that the results for the descriptive analysis of the systems are justifiable for numerical analysis of overall air pollution in the city and climatic synoptic analysis is an appropriate method. In order to examine air pollution intensity locally in a district or city, modeling facilities are important because status of elements affecting air pollution such as wind as an important and effective climatic factor on urban polluter, can be analyzed and investigated in detail.