نشریه کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی

بررسی تأثیر کاهش فعالیت‌ها و ترددها در زمان شیوع کرونا بر تغییرات زمانی-مکانی دی‌اکسید نیتروژن با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل 5 در آذربایجان‌شرقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تبریز

10.22034/rsgi.2023.56866.1051

چکیده

آلودگی هوا یکی از چالش‌های مهم دنیای امروز به شمار می‌آید. لذا پایش و کنترل میزان آلاینده‌هایی که سلامت انسان‌ها را به‌مخاطره انداخته‌اند، امری ضروری می‌باشد. در سال‌های اخیر، داده‌های مربوط به سنجنده تروپومی ماهواره سنتینل 5، به‌عنوان یک منبع غنی و بروز اطلاعات، جهت پایش تغییرات زمانی-مکانی آلاینده‌های هوا مورد توجّه قرار گرفته است. در این مطالعه از سامانه گوگل ارث انجین برای دستیابی به محصولات سنجنده تروپومی جهت بررسی میزان آلاینده دی‌اکسید نیتروژن در استان آذربایجان‌شرقی استفاده شد و نقشه‌های پراکندگی آلاینده مذکور در چهار سال متوالی تولید گردید. افزون برآن، با توجه به نقش مؤثر تردد وسایل نقلیه در افزایش میزان این آلاینده از یک سو و محدود شدن فعالیت‌ها و تردد خودروها در زمان شیوع ویروس کووید-19 از سوی دیگر، تغییرات آن در بازه‌های زمانی مختلف بررسی گردید تا میزان تأثیر انواع محدودیت‌ها به‌صورت کمّی مشخص شود. همچنین جهت بررسی تأثیر بازگشایی مدارس و دانشگاه‌ها بعد از کنترل کرونا، نقشه‌های پراکندگی مکانی آلاینده برای نیمه دوم فروردین ماه سال‌های 1400 و 1401 تولید و مقایسه شدند. نتایج پژوهش نشان داد که میزان چگالی NO2 در مرکز استان، در کلیه بازه‌های زمانی بیشتر از دیگر شهرها بوده و تعطیلی دو هفته‌ای در آذرماه 1399 بیشترین تأثیر را در کاهش آلاینده داشته؛ بطوریکه میزان آن در تبریز حدود 59 درصد کاسته شده است. همچنین براساس نتایج مربوط به بررسی سالانه، میانگین آلاینده مذکور هم در کل استان و هم در تبریز در سال 1399 از سایر سال‌ها کمتر بوده؛ همچنین بازگشایی مراکز آموزشی باعث افزایش NO2 گردیده است.

تازه های تحقیق

آلودگی هوا یکی از مهمترین عواملی است که  بر روی محیطزیست و بهویژه انسان اثرات منفی میگذارد. به همین دلیل پایش انواع آلایندهها از جمله دیاکسید نیتروژن، با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا و اطلاع دقی  از نحوه توزیع و تغییرات آنها در شرایط مختلف، جهت اتخاذ تصمیمهای صحیح در راستای حفظ سلامت عمومی و همچنین محافظت از محیطزیست امری ضروری است. سنجنده تروپومی ماهواره سنتینل 5 به دلیل قابلیت اخذ اطلاعات پیوسته زمانی و مکانی در مورد 2NO ابزار مناسبی برای این منظور به حساد میآید.

 با توجه به نقش احترا  سوخت فسیلی در موتورهای وسایل نقلیه در تولید این آلاینده از یک سو و محدود شدن فعالیتها و ترددها در دوران شیوع بیماری کرونا از سوی دیگر، در این تحقی  به بررسی میزان تغییرات این آلاینده در استان آذربایجانشرقی، به عنوان یکی از استانهای پرجمعیت کشور، در بازههای زمانی مختلف پرداخته شد تا تأثیر کاهش ترددها و فعالیتها بر روی میزان 2NO مشخص شود. برای این منظور، دادههای ماهوارهی سنجش از دوری سنتینل 5 در محیط سامانه GEE پردازش شدند.

نقشههای پراکندگی آلاینده در استان آذربایجانشرقی در تمامی بازهها نشان میدهند که غلظت آلاینده مورد بررسی در مرکز استان، یعنی کلانشهر تبریز، به علت تعداد بالای وسایل نقلیه و ترافیک بیشتر در مقایسه با سایر شهرهای استان، بیشتر است .

بررسی تغییرات سالانه از 1397 تا 1400 نشان داد که میزان متوسط 2NO در سال 1399 به دلیل محدود شدن فعالیتها و ترددها برای کاهش شیوع کرونا، کمتر از سایر سالها بوده است. بر اساس نتایج به دست آمده تعطیلی اکرر فعالیتها در پاییز 1399 بیشترین تأثیر را در کاهش میزان آلاینده داشته است. بررسی دادههای مربوط به سنجش 2NO از ایستگاههای زمینی نیز مؤید همین مطله بوده است.نتایج مربوط به بررسی تأثیر اعمال محدودیت در تابستان 1400 نشان داد که بیشترین کاهش در این بازه در پنجمین روز اتفا  افتاده و پس از آن مجددا میزان آلاینده بیشتر شده است. همچنین بازگشایی مدارس و دانشگاهها در فروردین 1401 نیز منجر به افزایش 2NO شده است که با دادههای اعتبارسنجی شده توسط اداره حفاظت محیط زیست نیز مطابقت دارد.

یکی از محدودیتهای استفاده از دادههای سنجنده تروپومی برای سنجش آلایندهها، کامل نبودن آنها در تمامی روزها برای منطقه مورد مطالعه میباشد. در پژوهش حاضر، در یکی از بازههای زمانی برای مواجهه با این مشکل میانگین سه روزه به جای میانگین روزانه به کار گرفته شد. در حالت کلی، محصولات ماهوارهی سنجش از دوری سنتینل 5 و پردازش آنها در محیط GEE قابلیت بالایی در تشخیص تغییرات آلاینده در بازههای زمانی مختلف دارند. با توجه به اینکه در برخی از روزها تعطیل کردن فعالیتها به عنوان یک راهکار مقطعی برای کاهش آلودگی هوا مطرح میشود، با بررسی نتایج این تحقی  میتوان تأثیر چنین تصمیمهایی را در روزها و فصول مختلف تا حدودی پیشبینی کرد .

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of reducing activities and traffic during the outbreak of Coronavirus on temporal-spatial changes of nitrogen dioxide pollutant using Sentinel 5 satellite images in East Azarbaijan

نویسندگان [English]

  • Sara Beheshtifar
  • Amirhossein Ghourkhaneh-Chi Zirak

Tabriz university

چکیده [English]

Air pollution is one of the most significant challenges in today's world, particularly in developing countries. Therefore, it is necessary to monitor and control the amount of pollutants that threaten human health. In recent years, remote sensing data related to the Sentinel 5 Tropomy sensor has been considered a rich and up-to-date source of information for monitoring and investigating the temporal-spatial changes of air pollutants. In this study, the Google Earth Engine system was used to obtain Tropomi sensor products to check the amount of nitrogen dioxide pollutants in East Azerbaijan province. For this purpose, the distribution map of the NO2 was produced in four consecutive years (1397-1400). Additionally, due to the effective role of motor vehicle traffic in increasing the amount of this pollutant on the one hand and the restriction of activities and traffic of cars during the spread of the Covid-19 virus on the other hand, the changes of nitrogen dioxide in different time periods were investigated to determine the effect of restrictions on the concentration of this pollutant quantitatively. Also, in order to investigate the impact of the reopening of schools and universities after the corona pandemic, pollutant distribution maps were produced and compared for April 1400 and April 1401. The results showed that the density of NO2 in the center of the province was higher than in other cities in all time periods, and the 14-day closure in 2019 had the greatest effect in reducing the pollutant, which was about 59% in Tabriz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • air pollution
  • Nitrogen dioxide
  • covid-19
  • sentinel 5p
  • East Azerbaijan province
  • Traffic

آلودگی هوا یکی از چالشهای مهم دنیای امروز، بهویژه در کشورهای در حال توسعه، به شمار میآید. لذا پایش و کنترل میزان آلایندههایی که سلامت انسانها را بهمخاطره انداختهاند، امری ضروری میباشد. در سالهای اخیر، دادههای سنجش از دوری مربوط به سنجنده تروپومی ماهواره سنتینل 5، بهعنوان یک منبع غنی و بروز اطلاعات، جهت پایش و بررسی تغییرات زمانی-مکانی آلایندههای هوا مورد توجّّه قرار گرفته است. در این مطالعه از سامانه گوگل ارث انجین برای دستیابی به محصولات سنجنده تروپومی جهت بررسی میزان آلاینده دیاکسید نیتروژن در استان آذربایجانشرقی استفاده شد. ابتدا برای بررسی روند کلی تغییرات، نقشههای پراکندگی مکانی آلاینده مذکور در چهار سال متوالی )1400- 1397( تولید گردید. در ادامه، تأثیر کاهش فعالیتها و تردد خودروها بر میزان غلظت این آلاینده، در زمان شیوع ویروس کووید-19، مورد بررسی قرار گرفت و نقشههای پراکندگی دیاکسید نیتروژن در بازههای زمانی مختلف تهیه و مقایسه شدند. همچنین جهت بررسی تأثیر بازگشایی مدارس و دانشگاهها بعد از کنترل کرونا، نقشههای پراکندگی مکانی آلاینده برای نیمه دوم فروردین ماه سالهای 1400 و 1401 مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج پژوهش نشان داد

که میزان 2NO در مرکز استان، در کلیه بازههای زمانی بیشتر از دیگر شهرها بوده و تعطیلی دو هفتهای در آذرماه 1399 بیشترین تأثیر را در کاهش این آلاینده داشته؛ بطوریکه میزان آن در تبریز بیش از 50 درصد کمتر شده است. همچنین براساس نتایج مربوط به بررسی سالانه، میانگین آلاینده مذکور هم در کل استان و هم در تبریز در سال 1399 از سایر سالها کمتر بوده و بازگشایی مراکز آموزشی نیز باعث افزایش 2NO گردیده است .

Abbasmofrad a, Hamzeh F, moradi o, bahari n.2022. Designing a model to reduce air pollution in order to increase the security of metropolitan areas with the approach of nanotechnology (Case study: Tehran). Regional Planning, 12(45)
Behera MD, Mudi S, Shome P, Das KP, Kumar S,  Joshi A, Rathore A, Deep A, Kumar A,  Sanwariya C, Kumar N, Chandrakar R, Seshadri S, Mukherjee S, K.Bhattaram S, Sirivella  Z. 2022. COVID-19 slowdown induced improvement in air quality in India: rapid assessment using Sentinel-5P TROPOMI data, Geocarto
International, 37:25, 8127-8147, DOI: 10.1080/10106049.2021.1993351.
Cheraghi m. 2019. Evaluation of causes and factors of anthracosis and its prevalence in Tehran with emphasis on air pollution. Geography and Human Relationships, 2(3): 157-.761 (In Persian)
Dickerson RR, Anderson DC, Ren X. 2019. On the use of data from commercial NOx analyzers for air pollution studies. Atmospheric Environment. 
Ghannadi M, Shahri M, Moradi A. 2022. Air pollution monitoring using Sentinel-5
(Case study: big industrial cities of Iran). The Shahid Beheshti Environmental Sciences
Quarterly Journal. 2, 20. https://doi.org/10.52547/envs.2022.1026. (In Persian)     
Ghanbari A,Isazadeh V. 2021. Modeling the concentration of ozone and nitrogen oxides in GIS environment and comparing their concentrations with Sentinel-5 product  
in Google Earth Engine - Study area:Tehran. Scientific- Research Quarterly of Geographical Data(SEPEHR),30(118): 247-261. doi:10.22131/sepehr.2021.246154(In Persian)
Gharibi S, Shayesteh K. 2021. Application of Sentinel 5 satellite imagery in identifying air pollutants Hotspots in Iran. jsaeh 8(3): 123-138. (In Persian)
 Javaheri H, Bayat MM.2013. Air pollution, its effects, consequences and new control methodsThe First National Conference on Environmental Pollution and its Control Method, Sanandaj. (In Persian)
Kaplan G, Yigit Avdan Z, Avdan U. 2019. Spaceborne Nitrogen Dioxide Observations from the Sentinel-5P TROPOMI over Turkey. Proceedings 18, no. 1: 4. https://doi.org/10.3390/ECRS-3-.18160
Kawka M, Struzewska J, W. Kaminski J. 2021. Spatial and Temporal Variation of NO2 Vertical Column Densities (VCDs) over Poland: Comparison of the Sentinel5P TROPOMI Observations and the GEM-AQ Model Simulations. Atmosphere 12, no. 7: 896. https://doi.org/10.3390/atmos12070896.
Lavaine E. 2014. An Econometric Analysis of Atmospheric Pollution, Environmental Disparities and Mortality Rates. Environ. Resour. Econ. 2014, 60, 215–.242
Omrani H, Omrani B, Parmentier B, Helbich M. 2020. Spatio-temporal data on the air pollutant nitrogen dioxide derived from Sentinel satellite for France. Data in Brief 28:
.980501
Park J, Shin M, Lee J, Lee J. 2021. Estimating the effectiveness of vehicle emission regulations for reducing NOx from light-duty vehicles in Korea using on-road measurements. Science of The Total Environment, 767, .144250
Pokhrel S, Chhetri R. 2021. A literature review on impact of COVID-19 pandemic on teaching and learning. Higher education for the future 8(1): 133-141
Rangzan K, Kabolizadeh M, Mohammadi S. 2021. Assessment of Spatiotemporal
Changes of NO2 Using TROPOMI Sensor in Khuzestan Province, Iran. Health System Research, 17(2): 87-96. (In Persian)
Saxena P, Naik V.2018  Air pollution: sources, impacts and controls. Methods for the measurement of air pollutions.CABI,Nosworthy, Wallingford, Oxfordshire, 0X108DE, UK, .55-78
Shami S, Khoshlahjeh M, Ghorbani Z, Moghimi A, Mohammadzadeh A, Sabet
Ghadam S S. 2021. Evaluation of Air Pollution Contributes for the COVID-19  pandemic in Iran using Sentinel 5 Satellite Data. ISSGE 10(3): 135-146. (In Persian)
Shikwambana L, Mhangara P, Mbatha N. 2020. Trend analysis and first time observations of sulphur dioxide and nitrogen dioxide in South Africa using TROPOMI/Sentinel-5 P data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 91: 102130.
Sojoodi S, Aghazadeh F, Fahimeh N,  Akhavan L. 2018. Evaluation and Analysis of Tourism Climate Comfort Index of East Azarbaijan Province Using the Tourism Climate Index (TCI), Physiological Equivalent Temperature (PET) By Applying GIS. Geographical Journal of Tourism Space, 7(27): 51-68. (In Persian)
Shariepour Z,Aliakbari Bidokhti A. 2014. An Investigation on the Status of Troposphere NO2 Over Iran During 2004 to 2012. Journal of Environmental
Studies, 40(1): 65-78. doi: 10.22059/jes.2014.50157(In Persian)                      
Theys N, De Smedt I, Yu H, Danckaert T, van Gent J, Hörmann C, Wagner T, Hedelt P, Bauer H, Romahn F, Pedergnana M. 2017. Sulfur dioxide retrievals from TROPOMI onboard Sentinel-5 Precursor: algorithm theoretical basis. Atmospheric Measurement Techniques, 10(1): 119-153.
Vîrghileanu  M, Săvulescu I, Mihai B, Nistor C, Dobre R. 2020. Nitrogen Dioxide
(NO2) Pollution Monitoring with Sentinel-5P Satellite Imagery over Europe during the Coronavirus Pandemic Outbreak. Remote Sensing 12, no. 21: 3575. https://doi.org/10.3390/rs12213575.
World Health Organization. 2015. Health aspects of air pollution with particulate matter, ozone and nitrogen dioxide: Report on a WHO working group.
Xian GZ. Remote sensing applications for the urban environment. Vol. 12. CRC Press, 2015
Zheng Z, Yang Z, Wu Z, Marinello F. 2019. Spatial Variation of NO2 and Its Impact Factors in China: An Application of Sentinel-5P Products. Remote Sensing 11, no. 16: 1939. https://doi.org/10.3390/rs11161939.
نشریه کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی
دوره 3، شماره 7 - شماره پیاپی 6
تیر 1402
صفحه 23-1
  • تاریخ دریافت: 07 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 04 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 30 مرداد 1402