بررسی روند تغییرات زمانی و مکانی ذرات معلق جو با استفاده از شاخص عمق اپتیکی آئروسل ها در جنوب شرق ایران

پیشینه و هدف شاخص عمق اپتیکی آئروسل یکی از پرکاربردترین شاخص ها جهت بررسی وضعیت آلودگی هوای مناطق مختلف به ویژه مناطق خشک و بیابانی است. مناطق خشک و نیمه خشک از منابع اصلی ذرات گردوغبار معلق در جو هستند. ایران به دلیل قرار گرفتن در منطقه خشک و نیمه خشک در طول سال با توفان های گردوغبار متعددی مواجه است، که خسارات زیست محیطی و اقتصادی-اجتماعی جبران ناپذیری را به مناطق مختلفی از کشور وارد کرده است. یکی از این مناطق، منطقه جنوب شرق کشور است که به دلیل وزش بادهای 120 روزه در نیمی از سال (اوایل بهار تا اواخر تابستان) تحت تاثیر توفان های گردوغبار قرار می گیرند و هرساله حجم زیادی از ذرات شن و گردوغبار از این طریق، وارد جو می شود. لذا بررسی و پایش تغییرات زمانی و مکانی ذرات معلق موجود در جو که گردوغبار نیز بخش عمده ای از ذرات معلق در این مناطق است، در این منطقه از کشور حائز اهمیت است. درواقع اطلاع از تغییرات زمانی و مکانی ذرات معلق می تواند در ارائه راهکارهای مناسب جهت کاهش خسارات ناشی از این ذرات مفید باشد. در این مطالعه به دلیل کمبود ایستگاه های اندازه گیری زمینی ذرات معلق، مشخصه عمق اپتیکی آئروسل­ ها بر اساس محصول عمق اپتیکی آئروسل (AOD) سنجنده مودیس طی دوره آماری 18 ساله (1380- 1397) جهت پایش و تحلیل تغییرات مکانی و زمانی غلظت آئروسل ها در نواحی جنوب شرق ایران مورد استفاده قرار گرفت. تغییرات زمانی AOD در مقیاس های زمانی ماهانه، فصلی و سالانه، بر اساس آزمون روند من- کندال پیش سفید شده تعیین گردید. مواد و روش­ ها برای انجام تحقیق حاضر از داده های روزانه AOD متعلق به سطح 4 سنجنده مودیس استفاده شده است. با توجه به اینکه دوره زمانی مورد بررسی 18 ساله است (1397-1380)، در مجموع 6570 فریم از محصولات روزانه AOD سنجنده مودیس برای بازه زمانی 1380 تا 1397 به فرمت NetCDF از آرشیو USGS دریافت شد. داده های اخذشده AOD با کدنویسی در محیط برنامه Matlab برای 13 ایستگاه سینوپتیک موجود در منطقه مطالعاتی استخراج شدند. جهت اعتبارسنجی داده ­های AOD سنجنده مودیس، از داده های غلظت ذرات معلق کوچک تر از 10 میکرومتر (PM10) که در ایستگاه های پایش آلاینده­ ها به ثبت می رسد، استفاده شد. در مرحله بعد، به منظور بررسی تغییرات زمانی و مکانی غلظت آئروسل ها، نقشه های پهنه بندی شده AOD با استفاده از میانگین مقادیر استخراج شده طی دوره آماری، به روش وزن دهی فاصله معکوس (IDW) تهیه شدند. در این روش هر ایستگاه یا نقطه اندازه گیری دارای تاثیر محلی است که با افزایش فاصله کاهش می یابد، به طوری که مکان های نزدیک به نقطه اندازه گیری وزن بیشتری خواهند داشت. در گام بعدی، روند تغییرات زمانی آن ها در مقیاس های زمانی مختلف با استفاده از روش من-کندال پیش سفید شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج و بحث نتایج حاصل از اعتبارسنجی AOD حاکی از وجود ارتباط قوی و معنی­دار، بین عمق اپتیکی ذرات معلق سنجنده مودیس (AOD) و غلظت ذرات معلق (PM10) در سطح اطمینان 95درصد آماری است. لذا می توان این گونه استنباط کرد که داده های AOD از دقت قابل قبولی برای بررسی و تحلیل تغییرات ذرات معلق جو در منطقه مطالعاتی برخوردار هستند. توزیع مکانی AOD در سطح منطقه مطالعاتی طی سال های 1380 تا 13973 نشان داد نواحی غربی و مرکزی (ایستگاه های کرمان، بافت، سیرجان، رفسنجان) کمترین میزان AOD را به خود اختصاص داده اند. این در حالی است که نواحی شمال شرقی، شرق و جنوبی (استان سیستان بلوچستان) تحت تاثیر غلظت بالاتری از ذرات معلق قرارگرفته اند. میزان AOD در دوره آماری بین 0.14 تا 0.53 متغیر بوده است که به ترتیب در سال های 1395 و 1382وقوع یافته است. بررسی تغییرات زمانی AOD در مقیاس سالانه نشان داد میزان مواد معلق جو در سال های 1380، 1382، 1387، 1388 و 1391 در منطقه مطالعاتی به بالاترین مقدار رسیده است که ایستگاه های زابل، زهک، زاهدان، خاش و ایرانشهر به ترتیب بیشترین مقدار AOD را در دوره آماری دارا می باشند. مقادیر میانگین AOD فصلی نشان داد که در تابستان و بهار، غلظت مواد معلق به بیشترین حد رسیده درحالی که در پائیز و زمستان این مقدار به حداقل رسیده است. همچنین تغییرات افزایشی ذرات معلق جو از فروردین ماه شروع شده در تیر به حداکثر مقدار رسیده و سپس از مرداد تغییرات کاهشی دارد. روند تغییرات میزان AOD در مقیاس سالانه بر اساس آزمون من- کندال نشان داد در اکثر ایستگاه های محدوده مطالعاتی به استثنای رفسنجان دارای روند کاهشی بوده، که تنها در ایستگاه های زاهدان، زهک، زابل، سراوان و بم در سطح 5 درصد کاهشی و معنی دار بوده است. مقادیر آماره آزمون من- کندال AOD در مقیاس ماهانه نشان داد ماه های اردیبهشت، خرداد، تیر و مهر به ترتیب دارای بیشترین فراوانی روند معنی دار طی دوره آماری در منطقه مطالعاتی می باشند. روند ماهانه AOD نیز حاکی از تغییرات کاهشی غلظت مواد معلق طی دوره آماری است. به طوری که در ماه های اردیبهشت، خرداد، تیر، مرداد، آبان و اسفند طی دوره آماری در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی غلظت مواد معلق روند کاهشی داشته است. نتایج بررسی روند تغییرات فصلی AOD نیز حاکی از روند کاهشی غلظت مواد معلق جو به ویژه در فصول تابستان و بهار است. در فصل پائیز فقط برای ایستگاه کرمان ، تغییرات AOD دارای روند افزایشی بوده است. نتیجه ­گیری یکی از منابع اطلاعاتی موجود برای دسترسی به عمق اپتیکی آئروسل ها، سنجنده مودیس است. بر اساس نتایج تحقیق حاضر رابطه قابل قبولی میان محصول AOD سنجند مودیس و داده های PM10 اندازه گیری شده در ایستگاه های زمینی برقرار است. نتایج تحقیق نشان داد میانگین AOD در مقیاس سالانه بین 0.14 تا 0.53 متغیر است که بالاترین مقدار AOD در سال 1382 و حداقل مقدار آن در سال 1395 اتفاق افتاده است. بررسی روند سالانه AOD نشان داد در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی غلظت مواد معلق سیر نزولی دارد. سیر نزولی میزان ذرات معلق جو می تواند به دلیل کاهش وقایع گردوغبار ناشی از افزایش سطح پوشش گیاهی در منطقه باشد. مقادیر میانگین ماهانه و فصلی AOD نشان داد غلظت ذرات معلق طی پائیز و زمستان در ماه های آبان، آذر، دی و بهمن دارای حداقل مقدار و تابستان و بهار در ماه های تیر، خرداد و اردیبهشت دارای حداکثر مقدار است. این در حالی است که روند تغییرات زمانی AOD در مقیاس فصلی و ماهانه نیز در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی طی دوره آماری، کاهشی است. به طورکلی نتایج تحقیق حاضر نشان داد ناحیه غربی منطقه مطالعاتی که در استان کرمان واقع شده است با غلظت کمتری از ذرات معلق نسبت به نواحی شرقی واقع در استان سیستان بلوچستان، طی دوره آماری مواجهه بوده است. به طورکلی، کاهش مقادیر مربوط به غلظت آئروسل ها در برخی از مناطق موردبررسی در این پژوهش می تواند بیانگر بهبود کیفیت هوای این مناطق باشد. به نظر می رسد اعمال روش های اجرائی و مدیریتی مناسب در این منطقه از کشور که در سال های اخیر موردتوجه بسیاری از مدیران و تصمیم گیرندگان بوده است، توانسته نقش بسزایی در کاهش آلودگی غلظت هواویزها در این منطقه از کشور داشته باشد.

کلیدواژه ها:

سنجش ازدور ، تخریب اراضی ، آزمون من-کندال ، مناطق خشک ، آلودگی هوا