نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه آمار و کاربردها، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

سابقه و هدف:
آلودگی هوا در کلان‌شهر تهران یک مسئله‌ محیط زیستی جدی است. اختصاص بهینه‌ بودجه‌ مربوط به مقابله با مشکلات آلودگی هوا در شرق (منطقه 4) و غرب (منطقه 22) شهر تهران، تعیین نسبت بهینه‌ احداث فضاهای سبز و درخت‌کاری در این دو منطقه، تعیین نسبت اعمال محدودیت‌های ترافیکی بهینه در این دو منطقه و مسائل مشابه، مسائلی هستند که برای حل آنها باید یک معیار بهینه آماری معرفی شود. متاسفانه تاکنون این مساله بررسی نشده است و پژوهش درباره آن ضروری به‌نظر می‌رسد. هدف اصلی این پژوهش بررسی وجود تفاوت میان آلودگی هوای شرق و غرب تهران و ارائه یک معیار برای پاسخ‌گویی به مسائل بالا است.
 مواد و روش‌ها:
در این پژوهش، یک رویکرد جدید آماری برای مقایسه‌ آلودگی هوای شرق و غرب تهران ارائه ‌شده که ایرادات روش‌های مرسوم مانند آزمون تی و آزمون‌های ناپارامتری را برطرف کرده است. در این روش، مقادیر شاخص آلودگی هوای دو منطقه با یک توزیع آماری مناسب مدل‌بندی شده و سپس احتمال این‌که شرق تهران آلودگی هوای بیشتری از غرب تهران داشته باشد، با یک رویکرد‌ بیزی مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار این احتمال، که با نماد R نمایش داده می‌شود، به‌عنوان معیاری بهینه برای تخصیص امکانات مرتبط با آلودگی هوا میان دو منطقه به‌کار رفته است.
 نتایج و بحث:
داده‌های آلودگی هوا در شرق و غرب شهر تهران در زمستان 1394 بر حسب شاخص آلودگی هوا (AQI)1 گردآوری شده بود که با استفاده از توزیع‌های با تابع مخاطره‌ توانی مدل‌بندی شده است. میانگین و انحراف معیار برای داده‌های آلودگی هوای شرق تهران به ترتیب برابر 70/76 و 74/37 و همین مقادیر برای غرب تهران به ترتیب برابر 14/72 و 166/34 به دست آمده است. اگرچه میانگین‌ نمونه‌ای شاخص آلودگی هوا در شرق تهران کمی بیشتر از غرب آن است، اما آزمون ناپارامتری من-ویتنی نشان می‌دهد که اختلاف معنی‌داری بین میانگین‌ آلودگی هوای این دو منطقه وجود نداشته است. بازه‌ باورمند بیزی 95 درصدی برای R برابر (594/0 و 436/0) و برآوردگر بیز R برابر 519/0 به دست آمده است. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، اگرچه تفاوت معنی‌داری (در سطح اطمینان 95 درصد) میان آلودگی هوای شرق و غرب تهران مشاهده نشد، ولی با احتمال 519/0 هوای شرق تهران آلوده‌تر از غرب آن بوده است. همچنین، این مقدار احتمال همان مقدار بهینه‌ای است که می‌تواند برای تخصیص مناسب امکانات مرتبط با آلودگی هوا میان دو منطقه به کار رود. یعنی، برای داشتن وضعیت بهینه باید 9/51 درصد امکانات مربوط به کنترل آلودگی هوا به شرق تهران و 1/48 درصد به غرب آن اختصاص یابد. 
نتیجه‌گیری:
به نظر می‌رسد تخصیص مناسب بودجه‌ مناطق مختلف تهران به‌منظور کنترل آلودگی هوای تهران بتواند گامی برای حل این مشکل باشد. روش آماری ارائه‌شده در این پژوهش یک مقدار بهینه برای تخصیص بودجه به شرق و غرب تهران ارائه می‌دهد. مسئولان می‌توانند با استفاده از مقدار بهینه به‌دست‌آمده از این روش سیاست‌گذاری‌های مقتضی را برای توزیع مناسب بودجه و امکانات در شرق و غرب تهران انجام دهند. برای مثال، برای بیشینه کردن اثربخشی درخت‌کاری در تصفیه‌ هوا، بهتر است میزان درخت‌کاری در شرق تهران با این نسبت بیشتر از غرب آن باشد. همچنین، پیشنهاد می‌شود که محدودیت‌های ترافیکی اعمالی در شرق تهران با این نسبت بیشتر از غرب آن باشد. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An optimal scale for the comparison of air pollution in east and west Tehran

نویسندگان [English]

  • Masoud Ganji
  • Akbar Abravesh

Department of Statistics, Faculty of Science, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Air pollution in the metropolis of Tehran is a serious environmental issue. Assigning an optimal budget to deal with air pollution problems in the East (no.4) and West (no.22) regions of Tehran, determining the optimal proportion of green spaces and determining the ratio of applying optimal traffic constraints in these two regions, and addressing similar problems, are all necessary and require a statistical optimization scale for resolving them. Unfortunately, so far, no study has been done in this regard, and research on this issue is needed. The main purpose of this research is to investigate the difference between the air pollution in East and West of Tehran and provide a benchmark for responding to the above issues. 
Materials and methods:
A new statistical approach has been proposed in this study for comparing air pollution in the East and West of Tehran, which eliminates the problems associated with conventional methods such as the t-test and nonparametric tests. In this method, the air pollution index values of the two regions have been modelled using a suitable statistical distribution and, then, the probability that air pollution in the East of Tehran would be more than in the western part of it would be reached through a Bayesian method. The value of this probability, called R, has been used as an optimal scale for allocating air pollution-related assets between the two regions. 
Results and discussion:
Air pollution data was collected in the east and west of Tehran in the winter of 2016 in terms of air quality index (AQI) and was modelled using distributions with a power hazard function. The mean and standard deviations for air pollution data in the East of Tehran have been obtained as 76.70 and 37.074, respectively, and the corresponding statistics for the West of Tehran were 72.14 and 34.166, respectively. Although, the sample mean of AQI in the East of Tehran is a little greater than in the West, the nonparametric Mann-Whitney test shows that there is no significant difference between air quality of these two regions. The 95% Bayesian confidence interval of R has been obtained (0.594 and 0.436) and a Bayes estimate of R has been obtained at 0.519.  According to the results, although there is no significant difference (at a confidence level of 95%) between the air pollution in the eastern and the western parts of the city, with a probability 0.519, the air in the East of Tehran was more polluted than the West. Also, this probability value is an optimal scale which can be applied to the appropriate allocation of facilities related to air pollution between the two regions. That is, 51.9% of facilities related to air pollution should be allocated to the East of Tehran and 48.1% should be allocated to its western part. 
Conclusion:
It seems that the proper allocation of funds from different regions of Tehran to control Tehran's air pollution can be a step towards solving this problem. The statistical method presented in this study provides an optimal amount for allocating funds to the East and West of Tehran. Officials can use the optimal amount based on this method to create appropriate policies for the proper distribution of funds and facilities in East and West Tehran. For example, to maximize the effectiveness of tree-planting in air purification, with this proportion it is better to plant trees in the eastern part of the city more than in the western part. Also, it is suggested that traffic constraints in eastern Tehran should be greater than in the western part of it.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Air Quality Index
  • Bayesian method
  • Reliability function
  • Statistical distribution
  • Tehran

Dockery, D. W., Pope C. A., Xu, X., Spengler J. D., Ware, J. H., Fay, M. E., Ferris, B. G., Jr., and Speizer, F. E., 1993. An Association between Air Pollution and Mortality in Six U.S. Cities. The New England Journal of Medicine. 329, 1753-1759.

Jeffreys, H., 1946. An invariant form for the prior probability in estimation problems. Proceedings of the Royal Society of London, Series A, Mathematical and Physical Sciences. 186, 453-461.

Kalishadi, R., Poursafa, P. and Sharifi Ghazvini., F., 2014. Association of Air Pollution and Vitamin D Deficiency in Pregnant Mothers and Newborns in a Sunny Region. Environmental Sciences. 12, 79-84. (In Persian with English abstract)

Kowalska, M., Osrodka, L., Klejnowski, K., Zejda, J.E., Krajny, E., Wojtylak, M., 2009. Air quality index and its significance in environmental health risk communication. Archives of Environmental Protection. 35, 13-21.

Monteiro, A., Vieira M., Gama C., Miranda A. I., 2017. Towards an improved air quality index. Air Qual Atmos Health. 10, 447-455.

Naddafi, K., Hassanvand, MS., Yunesian, M., Momeniha, F., Nabizadeh, R., Faridi, S., et al., 2012. Health impact assessment of air pollution in megacity of Tehran. Iran. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering. 9, 1-7.

Noori, R., Hoshyaripour, G., Ashrafi, K., Rasti, O., 2013. Introducing an Appropriate Model using Support Vector Machine for Predicting Carbon Monoxide Daily Concentration in Tehran Atmosphere. Iranian Journal of Health and Environment. 6, 1-9.

Ommi, F., Panahi, A. and Rashidi Y., 2017. Estimate of economic losses of NO2 gas on the mortality rate of Tehran citizens. Environmental Sciences. 15, 89-102. (In Persian)

Pope, III CA., Burnett, RT., Thun, MJ., Calle, EE., Krewski, D., Ito, K., Thurston, GD., 2002. Lung Cancer, Cardiopulmonary Mortality, and Long-term Exposure to Fine Particulate Air Pollution. The Journal of the American Medical Association. 287, 1132-114.

Rowshan, Gh., Khosh Akhlagh, F., Negahban, F., Mirkatouly, J., 2009. Impact of Air Pollution on Climate Fluctuations in Tehran City. Environmental Sciences. 7, 173-192. (In Persian with English abstract).