برآورد غلظت آلاینده‌های معیار جوی با استفاده از مدل WRF-Chem و داده‌های جهانی انتشار – مطالعه موردی تهران

سابقه و هدف: در این پژوهش، استفاده از داده‌های جهانی انتشار ذرات معلق جوی در مدل‌سازی آلودگی هوای شهری مورد ارزیابی قرار گرفته است. داده‌های EDGAR-HTAP که شامل مقادیر گسیل جهانی مهمترین آلاینده‌های جوی می‌باشد در سال 2014 به‌روز شده است، با استفاده از مدل عددی جفت‌شده WRF-Chem در شبیه‌سازی آلاینده‌های معیار SO2، NO2، O3، CO، PM10، و PM2.5 مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از مدل‌های هواشناسی برخط با فرآیندهای شیمی جو بیش از پیش در حال گسترش است. کاهش ناسازگاری و عدم هماهنگی بین فرآیندهای هواشناسی و شیمیایی جو به همراه واردسازی بازخوردهای ذرات معلق جوی بر پدیده‌های جوی از قابلیت‌های مهم مدل‌های برخط هواشناسی-شیمی جو می‌باشد مواد و روش‌ها: در این پژوهش با استفاده از شبیه‌سازی برخط مدل WRF-Chem از فرآیندهای هواشناسی و شیمی جو و با استفاده از ماژول RADM2 برای مکانیسم‌های حالت گازی و اکسیداسیون نوری ترکیبات آلاینده جو و ماژول هواویز MADE/SORGAM، غلظت آلاینده‌های معیار هوای تهران برای سه روز 29، 30، و 31 تیر سال 1393 برآورد شد. در این پژوهش از آخرین نسخه از داده‌های جهانی EDGAR-HTAP که در سال 2014 به‌روز شده است به همراه داده‌های جهانی RETRO استفاده شد. داده‌های HTAP از شبکه نقاط با دقت 0.1×0.1 تشکیل شده است که ترکیباتی از جمله CH4، CO، SO2، NOx، NMVOC، NH3، PM10، PM2.5، BC، و OC را در بر می‌گیرد. فهرست انتشار HTAP بر پایه اندازه‌گیری‌های سال‌های 2008 و 2010 و به صورت جهانی آماده شده است. فهرست انتشار EDGAR-HTAP، مقدار گسیل آلاینده‌های گازی را از منابعی مانند صنعت، انرژی، حمل و نقل، مناطق مسکونی و کشاورزی در اختیار قرار می‌دهد. واحد اندازه‌گیری شار آلاینده‌ها به جو بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب بر ثانیه می‌باشد. فهرست انتشار RETRO نیز شامل مقدار گسیل آلاینده‌های بشرساخته و گازهای ناشی از فرآیندهای بیولوژیک و گیاهی است. به منظور صحت‌سنجی غلظت برآوردشده برای آلاینده‌های معیار، از داده‌های اندازه‌گیری‌شده توسط شرکت کنترل کیفیت هوای تهران استفاده شد.نتایج و بحث: نتایج ارزیابی خروجی مدل نشان داد که برای چهار آلاینده‌ی SO2، O3، PM10، و PM2.5، غلظت برآوردشده از نظر بزرگی در مقایسه با داده‌های اندازه‌گیری‌شده دارای مقادیر قابل قبولی است. اما مقادیر برآوردشده برای غلظت دو آلاینده CO و NO2 دارای کم‌برآورد شدیدی نسبت به داده‌های اندازه‌گیری‌شده می‌باشد. استفاده از رهیافت‌های شیمیایی گوناگون و همچنین داده‌های جهانی انتشار نقش بارزی بر نتایج خروجی مدل دارد. یکی از روش‌ها به منظور حصول برآوردهای بهتر از میزان غلظت آلاینده‌ها، تغییر در مقادیر داده‌های جهانی انتشار و تصحیح آن است. ثمربخش‌بودن این روش را می‌توان با اجرای مجدد مدل پس از تصحیح داده‌های گسیل ذرات و بررسی خروجی آن ارزیابی نمود. همچنین تغییر در رهیافت شیمیایی نیز می‌تواند منجر به برآورد دقیق‌تر برای برخی از پارامترها شود. در این حالت می‌توان شبیه‌سازی را با دو یا بیش از دو اجرا با انتخاب‌های متفاوت در رهیافت شیمی جو انجام داد به صورتی که هر یک از اجراها مخصوص شبیه‌سازی غلظت یک یا چند آلاینده خاص باشد.نتیجه‌گیری: برآورد خروجی غلظت آلاینده‌های معیار با استفاده از داده‌های جهانی انتشار و به کمک مدل عددی WRF/Chem برای آلاینده‌های SO2، O3، PM10، و PM2.5 از نتایج قابل قبولی در قیاس با مشاهدات برخوردار بود. با توجه به نتایج به‌دست آمده، استفاده از سایر رهیافت‌های شیمیایی مدل WRF-Chem و همچنین تغییر هدفمند و تصحیح داده‌های جهانی انتشار آلاینده‌ها، از جمله روش‌هایی است که می‌توان به منظور دستیابی به برآورد دقیق‌تر و تصحیح کم‌برآورد شدید دو آلاینده CO و NO2، استفاده نمود.