Lương, Ngọc Trung Hậu Ứng dụng công cụ mô hình chất lượng không khí nghiên cứu khả năng ảnh hưởng của Ozone quang hóa từ ô nhiễm không khí đến năng suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam

TÊN DE TAI: Ung dụng công cu mô hình chất lượng không khí nghiên cứu kha năngảnh hưởng của Ozone quang hóa từ ô nhiễm không khí đến năng suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam Il.. Vì vậy, tro

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LƯƠNG NGỌC TRUNG HẬU

ỨNG DỤNG CÔNG CỤ MÔ HÌNH CHÁT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ANH HUONGCUA OZON QUANG HÓA TỪ Ô NHIEM KHÔNG KHÍDEN NĂNG SUÁT LUA KHU VUC NAM BỘ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Quản lý môi trường

Mã số: 01260567

KHÓA LUẬN THAC SĨ

Thành phố Hỗ Chí Minh, tháng 02 năm 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LƯƠNG NGỌC TRUNG HẬU

ỨNG DỤNG CÔNG CỤ MÔ HÌNH CHÁT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ANH HUONGCUA OZON QUANG HÓA TỪ Ô NHIEM KHÔNG KHÍDEN NANG SUAT LUA KHU VỰC NAM BỘ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Quản lý môi trường

Mã số: 01260567

KHÓA LUẬN THAC SĨ

Thành phố Hỗ Chí Minh, tháng 02 năm 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCM

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hanh phúc

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LƯƠNG NGỌC TRUNG HẬU ˆ MSHV: 10260567Ngày thang nam sinh: 30 — 05 — 1985 Nơi sinh: TP.Hồ Chí MinhChuyên ngành: Quản Lý Môi Trường Mã số: 608510

I TÊN DE TAI: Ung dụng công cu mô hình chất lượng không khí nghiên cứu kha năngảnh hưởng của Ozone quang hóa từ ô nhiễm không khí đến năng suất lúa khu vực Nam Bộ

Việt Nam

Il NHIEM VỤĐề tài được chia thành năm nội dung nghiên cứu chính:Nội dung 1: Tổng quan ảnh hưởng của ozone quang hóa và các nghiên cứu đánh giá ảnhhưởng của ozone quang hóa đến sản lượng nông nghiệp trên thế giới

Nội dung 2: Thu thập số liệu về sản lượng lúa và diện tích lúa, tính toán năng suất lúa

II NGÀY GIAO NHIỆM VU : Tháng 8 năm 2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : Ngày 21 tháng 02 năm 2014V CÁN BỘ HUONG DAN: TS LỄ HOÀNG NGHIÊM

Tp HCM, ngày thang 02 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRUONG KHOA MOI TRƯỜNG

LOI CAM ON

Đề hoàn thành chương trình học tập và Khóa luận Cao học Quản lý Môi trường

Tôi xin chân thành cám ơn.Ban Giam Hiệu, Khoa Môi trường:

Thay cô, giảng viên thỉnh giảng của Trường Đại học Bách Khoa Thành phố HỗChí Minh đã trang bị kiến thức, tạo điều kiện học tập, thực hiện Khóa luận;

Thây TS Lê Hoàng Nghiêm và ThS Nguyễn Thanh Ngân tận tình giúp đỡ,hướng dẫn, bồ sung kiến thức, đóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện Khóa luận;

Ban Giám đốc Công ty, Quản lý trực tiếp nơi tôi đang làm việc tạo điều kiệnthuận lợi, đóng góp ý kiến;

Bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã quan tâm, chia sẻ, động viên, tạo điều kiệngiúp tôi hoàn thành tốt công việc học tập

TÓM TATNgày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nên kinh tế, từ đó đã tạo ra mộtlượng lớn chất thải do các hoạt động trong sinh hoạt và sản xuất Phần lớn lượngchất ô nhiễm gia tăng hiện nay đi vào không khí, gây ảnh hưởng rất nhiều tới đờisống con người, cụ thé là nên nông nghiệp Vì vậy, trong khóa luận này tác giả đã

chọn nghiên cứu:

“Ứng dụng công cụ mô hình chất lượng không khí nghiên cứu khả năng ảnhhưởng của ozon quang hóa từ ô nhiễm không khí đến năng suất lúa khu vực Nam

Bộ Việt Nam”

Tác giả sử dụng hệ thống mô hình khí tượng — chất lượng không khí là MMS

(Mesoscale Meteorological Model) va CMAQ (Community Multiscale Air Quality)

cùng với các phương pháp thu thập số liệu, thống kê, tính toán dé thực hiện nghiên

cứu.

Qua nghiên cứu, tác giả đã chỉ ra được khu vực Đông Nam Bộ có nông độ ozonequang hóa cao nên năng suất lúa thấp hon đáng ké so khu vực Tây Nam Bộ Điểnhình là thành phố Hồ Chí Minh có mức 6 nhiễm ozone cao hơn khoảng 29,26% vàcũng có năng suất lúa thấp hơn khoảng 34,29% so với Can Thơ

Tuy nhiên, vì khu vực Miền Tây Nam Bộ là vùng trọng điểm sản xuất lúa nên tonthat sản lượng lúa là 652 417 tan cao hơn han so với Miền Đông Nam Bộ là 25 552tan

Từ các số liệu thông kê nghiên cứu trong dé tài, tác giả đã phân tích va đưa ramột số khuyến nghị như: thiết lập các biện pháp chế tài phù hợp, chuyển đổi cơ caucây trồng, quy hoạch tong thé, và tiễn hành nghiên cứu giống lúa mới có khả năngđạt năng suất cao hơn trong điều kiện ozone quang hóa cao

Đề tai là hướng mở rộng cho các đề tài khác dé có thé tính tóa cụ thé mức độ ảnhhưởng của ozone quang hóa đến những loại cây trồng khác

ill

-ABSTRACTNowadays, to provide for continuous increasing human needs, our economies aregrowing faster and faster As a result, a huge pollution comes from producing andliving activities to the environment and cause lots of effects on it, especially theraising of pollution to the atmosphere And then, the effects on the environment turnto the agriculture, which make human lives insecure That is the reason the authordoes the research:

“Applying modeling air quality tool to study on the impacted possibility ofphotochemical ozone from air pollution to rice yield of Southern Vietnam”

The research use MM5 (Mesoscale Meteorological Model), CMAQ (CommunityMultiscale Air Quality) and another methods of data collections, statistics,calculations.

The result of this research shows that the Southeast area has high photochemicalozone doses so its rice yield is much less than the Southwest area For example, HoChi Minh City has 29.26% higher photochemical ozone doses and 34.29% lowerrice yield than Can Tho.

However, the Southest area grows the most rice of Vietnam, its rice yield losses652 417 tons This lose is much higher than the Southwest area, which is mostly anindustrial area and only losses 25 552 tons.

After doing the research, some solutions are recommended, such as usingnecessary sanctions, restructuring which crops should be planted in which areas,building master plan, and doing studies new crop species which provide high yieldsunder high-photochemical-ozone-dose environment.

This research is opening a way for others researches about effects ofphotochemical ozone on another crops.

-1V-MỤC LỤC

LOI CAM 0907 iTOM TAT wiececsccccscsccscscssescsssscscscscscsssscscsscscsvsscscsvsscscsvsscscsvsscacsvsscstsvsecsnsvsssscatsnsacasavees ii

ABSTRACCTT - 5c St S1 1 1 1 1515111121111 11111111 111111111111 11 11111111111 01 1111.110 iii

DANH MỤC CHU VIET TAT wuuccecccccceccscscscscececcssevecscecesssvevecscecsevevacaceevevacseeceeseves ixDANH MỤC CAC HÌNH G- c1 12121 51119191 1 5 11912111 111211 TH ng ri xiDANH MỤC CAC BẢNG G111 1S 111912111 111112111 11g ng xiii@:i0/9)/6509))/619)0791 2 |1.1 TINH CAP THHIẾTT - E6 S2 SE SE E9 5 E523 151515 1112111711315 1 11111111 x xe |1.2 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CUU + 6E £+E£E+E+e£eEsEsesxe 31.2.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế giới ¿25-5 2 5s+£+S++£+E+Ezevxerrsesees 31.2.2 Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình CMAQ trên thé giới -. - 31.2.3 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến chất lượng khôngkhí trên thế giớii - ¿- - ¿56 525% E932 123912121911 12111232111 21111 1111111111111 41.2.4 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng không khí đến năng suất cây0777 5

1.2.5 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam - - - << 0 ng 8

1.3 MỤC TIỂU - DOI TƯỢNG — NOI DUNG NGHIÊN CUU 8

1.3.1 Mục tiêu nghiÊn CỨU - - << 0000010 nọ re 81.3.2 Pham vi nghiÊn CỨU - - - - << 55 E301 1109999900 nọ re 81.3.3 Nội dung nghiÊn CỨU - - G5 0000 nọ re 9

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 55+ ket 101.4.1 Phương pháp thu thập số liệu - + ¿2£ 2 S22 +E£E+E2EE£E£E£E+EzEeEzrerxrerree 11

1.4.2 Phương pháp mô hình hóa << G5 E001010111 111339 911111 1 9 1 99 1 re 12

1.4.3 Phương pháp tong hop, phân tích và đánh giá - 2-5-5 +2 s+s+szc+ẻ 131.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIEN CUA DE TÀI 1415.1 Ý nghĩa khoa hoc: ¿E5 2 SESE2E+E+EEEEEEEE£EEEEEEEE 121115151521 21 111151 e xe 141.5.2 Tính thực tiễn của dé tài -.- - - ccstsk1 1S 1119191 1E 1111111 ng ng 14CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET - 252-5522 ‡E£EEEEEEEEEEErkrkrrkrerrerered 152.1 KHOI QUANG HOA ueecccccccecesececessscscscsvscevevscscacacscacacececscececsesavavaravacasacacacacecees 152.2 SỰ HÌNH THÀNH CAC CHAT Ô NHIÊM THU CẤP - - 5565555: l62.2.1 Nito oxit quang hóa ở tầng đối lưu -¿ 5-5 5222 cv ‡xvverrxrrerererrees 17

2.2.2 Quang hóa học của không khí ô nhiễm - - + 5+ + 5+ S2£2£e+e+e+ezezxcx2 192.2.3 Peroxyacyl Nitrat (PAINS) LH HH re 22

2.3 TIEN CHAT CUA OZONE VA CÁC CHAT OXY HÓA KHÁC 22

2.3.1 OXit 777 22

2.3.1.1 Các nguồn phát thải từ hoạt động của CON người -. - + + 5555: 222.3.1.2 Các nguồn phát thải tự nhiên - + 22 + 2+E+E+E££E+E+E£E+EeEezsrxrxees 232.3.2 Các hợp chất hữu cơ dé bay hơi (VOCS) - c c n tt t2 ngu 232.3.2.1 Các nguồn phát thải từ hoạt động của CON người . - + scs+see: 232.3.2.2 Các nguồn phát thải sinh học ¿+ + 252252 +E+E+E££E£EeEezErxerrerxrxees 242.4 ANH HƯỚNG CUA OZONE DEN SỨC KHỎE - 255555555 cscce 242.4.1 Các ảnh hưởng khi tiếp xúc với ozone trong thời gian ngắn (ít hơn 8 tiếng) 252.4.2 Các ảnh hưởng khi tiếp xúc với ozone trong thời gian dài - 272.5 ANH HUONG DEN CAY TRÔNG 5s tư 282.5.1 Những anh hưởng của ozone đến cây lương thực - 2 2 2 s5s+scs+: 28

_vi-2.5.2 Co chế ảnh hưởng của ozone đến sức khỏe và năng suất cây trồng 292.5.3 Các nghiên cứu đánh giá ton thất của cây lương thực -5-<+: 30

2.5.4 Các chỉ tiêu phát thải OZONE - - G c0 000 ng re 34

2.5.5 Quan hệ ozone-phản ứng năng suất - + 2 252 522E+E+E£2£E2E£EzEzrzrxrereee 362.6 TONG QUAN VE MO HÌNH G1123 SE 1E SE ve seeg 392⁄7 TÔNG QUAN VE MÔ HÌNH MOI TRƯỜNG - 6s 2xx eEseseeeei 402.8 MÔ HINH KHÍ TƯỢNG MM5 tk 1112121 11111211 11x neo 422.8.1 Giới thiệu tổng quản ¿- 5562522123921 121911212111 21 1111111111111 T.cyyeU 42

2.8.2 Công thức của mô hình .- - << +1 11990 1v re 4

2.8.3 Các thành phần của mô hình MMS ¿2-5 + + +*+E+E££E+EvEezxvxererrrreee 42.8.3.1 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu - ¿25525252 2e+xveecevrerererreee 442.8.3.2 Cau trúc mô hình IMÌM5 ¿- - 2E S29 EEEEE E1 1511211112511 1113 1 xe 45

2.8.3.3 Modun TERRAIN ¿G522 E221 15 3 1 151511111511 1111 1111111011101 452.8.3.4 Modun REGRID ¿5-5256 1 E1 15 1 1 1511111115111 7115111151111 462.8.3.5 Modun INTIEERPE - ¿G5226 SE E5 E1 151511111511 1115 111111111111 Ly 462.8.3.6 Modun MÌMỐ S221 1 E11 1515111151511 1111 1111111111111 1101.1111011 01 y0 46

2.9 MÔ HÌNH CHAT LƯỢNG KHÔNG KHÍ - G6 2S +E+E+E+E+E+E+E+E+EzEseei 47

2.9.1 Mô hình Eulerr - - + - c 2120100030113 1808 110 ng ng ng re, 482.9.2 Mô hình Lagrange - (G00 nọ 50

2.10 MO HÌNH CHAT LƯỢNG E312 SE SE EEEEEEESESEEErkekrerees 512.10.1 Giới thiệu tỐng QUAD eccccccccscsescsesessesesesscsesesscsesessesesesscseseseesssesesseseseeseees 51

2.10.2 Công thức mô hình ¿+ escsscsesssescssscsessssestsssesssssessstsssesnseseeen 54

CHƯƠNG 3 TONG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU -2 se £+e+e£ss2 59

VI]

-3.1 KHU VỰC NAM BỘ - 5c c1 1 1 1 1211111121111 0111 0111011101011 are 593.2 KHU VUC MIEN DONG NAM BỘ ch nn ST ng 1g ng ng reg 603.2.1 Điều kiện tự nhiên — xã hộii - +: S2 SE 3E E111 1 1111111111111 ke 603.2.2 Điều kiện kinh tẾ - - xxx 511191 1E 111121 1 3 111111 1111815113 gnxgvgerke 603.3 KHU VỰC MIEN TAY NAM BỘ - St S112 SE sgk rkskseree 623.3.1 Điều kiện tự nhiên — xã hộii - +: S2 SE E2 E111 21 1111111111111 1xx 623.3.2 Điều kiện kinh tẾ - xxx 511191 1E 11151 1 9 111111 111112113 ng ree 623.4 NĂNG SUAT LUA KHU VUC NAM BỘ -5- 5c cccccrcrerrrereee 633.4.1 Tính năng suất LÚa - + 6E 2 SE E319 E5 5211151151511 1111111 11111 633.4.2 Nhận xét về năng suất và sản lượng ÌÚa -ĂĂ S11 1 1 re, 68CHƯƠNG 4 AP DUNG MO HÌNH CHAT LUONG KHONG KHÍ CMAQ 694.1 GIỚI HAN KHU VUC MÔ HINHH_ A VÀ LƯỚI MO HÌNH 694.1.1 Khu vực mô hình chat lượng không khí c.cccccceccceseseseseeseseseseseseeseseseesesen 69

4.1.2 Khu vực cho mô hình khí tượng - << + 199 1 1 1 k, 70

4.2 BỘ DU LIEU PHAT THAI DUNG DE CHẠY MO HÌNH - 704.3 CAC TRƯỜNG HOP CUA MO HINH eeecescscescssesscsessesessesssscsesscsesessesssseesesees 714.3.1 Trường hợp 1: Phát thải thấp c.c.cccccccccscsscsesessesesessesssessesesessesesesseseseseesesen 7]

4.3.2 Trường hợp 2: Phát thải trung bình - - - << < + 1 9901 1n 1 re 7]4.3.3 Trường hợp 3: Phát thải CaO - - - << s00 re 72

4.4 KẾT QUÁ MÔ HÌNH - - SG St S ST SE 1111111111511 111111 E1 rrrkg 724.5 BẢN ĐỎ AOT40 CHO KHU VUC NAM BỘ -G Gv se srsrsed 754.6 NHẬN XẾT : tt S111 91211 51111191111 11119111101 1110111111 1g ngu gen 784.6.1 Nhận xét kết quả mô hình . - ¿+ 2 %2 S£+E+E£EE£E#EEEE£EvEEEerxrrerererrees 78

Vill

-4.6.2 Nhận xét CHUNG Ăn gọn kh 79

CHUONG 5 KET LUẬN — KIÊN NGHỊ, -G- + 6S E+E+E£E+E£EEeEsEeEeEeerersesed 815.1 KET LUẬN G- G111 51119191 3 51119151 1T H111 ng ng 815.2 KIÊN NGHỊ o ccccccscsccsececececscsscscececeevevscecececsevevacacecseevscacecsesavavacecessevavacaceevavacees 82TÀI LIEU THAM KHẢOO - - 6 SE 93919 3E 969191 1E 11121 9 11111 1 3E gen: 83

PHU LUC l - 5522221 E91 5 1211151151111 1111111110111 110111110111 1101 111111 rk 86PHU LUC 2 ¿- - - E22 S521 151515 1211151151111 111111 1111011151101 011101110111 11 111.1 re 90PHU LUC 3 -¿- S225 21 15151511 21111111 1111111111111 01 11101010111 110111 T111 TH 92PHU LUC 4 - - 222121 15151511 21111111 1111111151111 01 1151111111101 1101 1111110 re 94PHU LUC 5, ¿S252 S121 1 15 5112111111111 11 111111111101 7111 110101110111 0111 11111 rk 96PHU LUC 6 ¿- - - 2222121 1515 5 1111151111111 1111111 1101111110101 01 011101111111 Ty 98PHU LUC 7 ¿E2 E121 151511 11111515 1111111151111 11 1151111110101 1101 1111110 Tk 100PHU LUC Ñ E2 222121 15 E1 1111151511 1111 1115111111 01151101 1101.011101 11 11110 rkg 102PHU LUC O G122 1 1211151511 1111111511 111111151111 11 0111110111110 11 011111110 rkg 114PHU LUC 10 cecccccscsssccssecsesssecssscsecsuecsusssessuecsusssessuessesssessuessessuecsuessesauecaussuesasearecsveen 116

-1X

-DANH MUC CHU VIET TAT

AOT40 (Accumulated ozone Exposureover a threshold of 40 Parts Per Billion)BTNMT

CMAQ (Community Multi-scale airquanlity)

DOSTEGDP (Gross domestic product)GIS (Geographic Information System)IPCC (Intergovernmental panel onclimate change)

MAGE (Mean absolute gross error)MB (Mean Bias)

MMS (Mesoscale MeteorologicalModel)

MNBE (Mean Normalized Bias Error)

MNGE (Mean Normalized Bias Error)

NCAR (National Center forAtmospheric Research)NCDC (The U.S National Climatic DataCenter)

NCEP (The U.S National Center forEnviroment Prediction)

NCLAN (Nation Crop Loss AssessmentNetwork)

NN&PTNT

Lượng tích lũy ozone phơi nhiễm trênngưỡng 40 phan tỷ

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Mô hình chất lượng không khí cộngđồng đa quy mô

Sở Khoa học và Công nghệ

Tổng sản phẩm nội địaHệ thống thông tin địa lýBan liên chính phủ về biến đổi khí

Tổng sai số trung bình được chuẩn

NOAA (National Oceanic andAtmospheric Administration)O;

PANppb (part per billion)ppm (part per million)QCVN

RMSE (Root mean squared error)

UPA (Unpaired Peak PredictionAccuracy)

US EPA (United States EnvironmentalProtection Agency)

USGS (The United State GeologicalSurvey)

VOC (Volatile Organic Compounds)WHO (World Health Organization)

Co quan Dai duong va Khi quyénQuốc gia Mỹ

OzonePeroxy Acetyl Nitrate

Một phan tiMot phan triệuQuy chuẩn Việt Nam

Căn của trung bình bình phương sai

số

Độ chính xác dự báo các giá trỊ cựcđại

Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ

Trung tâm nghiên cứu địa chất Mỹ

Hợp chất hữu cơ dễ bay hơiTổ chức Y tế Thế giới

Hình 1.1:Hình 1.2:Hình 1.3:Hình 2.1:Hình 2.2:Hình 2.3:Hình 2.4:Hình 2.5:Hình 2.6:Hình 2.7:Hình 2.8:Hình 3.1:Hình 3.2:Hình 3.3:Hình 4.1:Hình 4.2:

-XỈ-DANH MỤC CÁC HÌNHNông độ ozone biến đổi theo các tháng trong năm - - - 5c: 9

Cac mùa lúa trong năm tại Việt Nam s2 9

Cơ cau phương pháp nghiên cứu oo ceesesesesccscscsssscsesseseseteteeseseseen 13Chu kỳ phan ứng của các oxit nito ở tầng đối lưu -. - s55: 19

Cac bước chính san sinh ozone trong không khí xung quanh 21

Các yếu tố AOT40, SUM06 và W126 ceeeesesescsccsessesessesseseteteeseseseens 35Hàm phơi nhiém-phan ứng ozone với các cây trồng cụ thể 38

Các bước cua quá trình mô hình hóa eee eeeesssseeeeeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeenes 40

Sơ đồ của hệ thông mô hình MMS + 2 2 + 2 E2 £EcE+EcEzxrkrkeesree 45Hệ quy chiếu của mô hình Euler va mô hình Largrang - 48Sơ đồ hệ thống mô hình CMAQ, + 2 2 +c+E+E£E£EEEEEE+EcErkrkreeeeree 53Bản đồ khu vực nghiên cứu - - + 256262222 EE£E£EESEEErErkrrrerreee 59

Sản lượng lúa vụ Đông Xuân khu vực Nam Bộ - - 65

Năng suất lúa vụ Đông Xuân khu vực Nam Bộ 5-5-s 55c: 67

Lưới tính cha mô hình MMS va CMAQ ceeessccceeesneeeeeeseneeeeeeseneeeeeeas 70

Các tỉnh có nồng độ ozone trung bình giờ cao trong tháng 1 (Trường hợp

XI

-DANH MỤC CAC BANGBảng 2.1: Các đặc điểm của khói công nghiệp va khói quang hóa 15Bảng 2.2: Danh sách các nguyên tắc hiện hành về chất lượng không khí của WHO1 25Bảng 2.3 Hướng dẫn những giá trị của cấp độ Oa thực tế của WHO 37Bảng 2.4: Hàm phơi nhiễm-phản ứng với lúa, lúa mì, bắp và đậu nành dựa trêntrung bình 7-h và 12-h, chỉ số SUM06 và W 126 52 255222 ce+evescecre 39

Bang 3.1: Sản lượng lúa khu vực Nam BỘ -GSQQS SH và, 64

Bảng 3.2: Diện tích trồng lúa khu vực Nam Bộ - - -SĂĂĂĂĂĂSSSssssesssssss 65Bảng 3.3: Năng suất lúa khu vực Nam BỘ 5-5 E3 EE+ESESEEEEEErkrkrkekrkd 66

Bang 4.1: AOT40 trung bình khu vực Nam BO eee eeseeseececeeceeeeeneeeeeeeeeeeaeees 75Bang 4.2: Sản lượng lúa sụt giảm khu vực Nam Bộ c2 77

Bộ Việt Nam hiện nay.

Khu vực miễn Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ là khu vực trọng điểm về kinh tếcủa cả nước Khu vực đã và đang đóng góp đáng kế cho nên kinh tế đất nước trêntất cả các lĩnh vực nồng nghiệp, công nghiệp, dịch vụ Với những thuận lợi về mặtđịa lý, khí hậu và các chính sách của nhà nước, khu vực đang thu hút được rất nhiềucác nguồn đầu tư trong và ngoài nước, góp phân thúc đấy sự phát triển kinh tế,chính trị, xã hội Việc phát triển đã mang lại rất nhiều sự đổi thay cho khu vực,nhưng mặt khác nó cũng mang đến những hậu quả nghiêm trọng Việc phát triểnsản xuất thiếu tính bền vững đã làm ô nhiễm nguồn nước và không khí, ảnh hưởngnghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp - vốn được coi là cái gốc phát triển kinh tế

của khu vực được coi là vựa lúa của cả nước.

Chất lượng không khí bị ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân, từ nguyên nhân tựnhiên như núi lửa phun, cháy rừng, bão cát, sự phân hủy các chất hữu cơ trong tựnhiên đến các nguyên nhân do con người như: sản xuất công nghiệp, tiểu thủcông nghiệp, giao thông, sinh hoạt Bên cạnh đó, nồng độ các chất ô nhiễm trongkhông khí phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khí tượng như: nang, mưa ảnh hưởng

người nghèo tại Việt Nam.

Tăng lượng khí thải nhà kính làm tăng nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến năng suất lúa.Nhiệt độ cao sẽ làm tăng tỷ lệ bông bat thu, làm tăng hạt lép dẫn đến việc làm giảmnăng suất Theo một nghiên cứu của Viện lúa quốc tế (IRRI) năng suất sẽ giảm đi10% nếu nhiệt độ tối thiểu trong mùa gieo trồng tăng lên 1°C Có nhiều dự báo khácnhau về mối tương tác giữa tăng nhiệt độ, tăng khí lượng khí CO, và thay đối độ âmđến năng suất lúa trong tương lai Nhiệt độ cao kết hợp với ánh sáng mặt trời déidào thúc đây quá trình quang hợp dẫn đến tăng cường quá trình hô hấp và đồng hóacác chất của cây lúa

Ozone ở mặt đất là một khí nhà kính, nó là chất ô nhiễm không khí, gây ảnhhưởng có hại lớn đối với con người và môi trường Ozone được hình thành do phảnứng quang hóa trong khí quyền liên quan đến hai loại chất ô nhiễm tiền chất là cáchợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và các oxit nito (n.NO, = NO + NO¿ + m) Sựhình thành của ozone phụ thuộc vào nhiệt độ, bức xạ ánh sáng mặt trời Nhiềunghiên cứu ở Mỹ, Châu Âu và Châu Á cho thấy ozone quang hóa ảnh hưởngnghiêm trọng đến sự suy giảm sản lượng nông nghiệp và rừng Các nghiên cứu ởChâu A cho thấy sản lượng lúa có thé giảm từ 3% - 10% do ảnh hưởng của ozonequang hóa Do đó, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng như các dự đoán của các mô hình khíhậu, vé lâu dài sé tăng nồng độ ozone quang hóa va làm giảm đáng kể năng suất lúa

Trong khi về sản lượng lúa của các tỉnh Nam Bộ tăng 1,1 triệu tan so với năm2009, năm 2010 diện tích sản xuất lúa của các tỉnh Nam Bộ ước đạt hơn 4,6 triệuha Mặc dù gặp nhiều khó khăn về thời tiết, thủy lợi song năng suất và sản lượng

đều cao hơn năm 2009, trong đó năng suất bình quân là 5,39 tan/ha (tang 1,35 ta/ha)

_3-và sản lượng đạt hơn 23,5 triệu tan (tăng hon 1,1 triệu tan) Riéng khu vuc đồngbăng sông Cửu Long có diện tích gần bốn triệu ha, năng suất bình quân 5,47 tan/havà sản lượng 21,5 triệu tan

Xuất phát từ những van đề trên, dé tài “Ứng dụng công cu mô hình chất lượng

không khí nghiên cứu khả năng ảnh hưởng của Ozon quang hóa từ ô nhiễm

không khí đến năng suất lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam” được đề xuất nghiêncứu nhằm đánh giá khả năng ảnh hưởng của ozone quang hóa do ô nhiễm không khíđến van dé suy giảm năng suất lúa dé từ đó có những hành động ứng phó kịp thờnhăm đáp ứng yêu cau về chiến lược đảm bảo an ninh lương thực

1.2 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU1.2.1 Tinh hình nghiên cứu trên Thế giới

Năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng dung (IIASA, Laxenbourg,Áo) đã công bố danh sách danh mục các công trình nghiên cứu trong 25 năm, gồm50 000 công trình liên quan tới lý thuyết hệ thông và mô hình hóa môi trường

Ngày nay, do vấn đề môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu cho nên có rấtnhiều chương trình nghiên cứu môi trường được thực hiện trong đó có bài toán dựbáo chất lượng không khí

1.2.2 Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình CMAQ trên thé giới

- Hee — Jin In, Young Pyo Kim va Kwon — Ho Lee (2008) dùng mồ hình

CMAQ để xác định nguồn gốc của việc quan sát thấy lớp aerosol dầy lêntrong vụ cháy rừng tại Siberi vào tháng 5 năm 2003 và kết quả cho thấy việccháy rừng ở Siberi, miền bắc Trung Quốc và Mông Cổ vào tháng 5 năm2003 gây khó khăn đối với việc dự đoán phát thải của những trận cháy lớntrong 5 năm gần đây

- K Wyat Appel, Prakash V Bhave, Alice B Gilliland, Golam Sarwar va

Shawn J Roselle (2008) đã nghiên cứu đánh giá độ nhạy ảnh hưởng đến hiệuquả của mô hình CMAQ phiên bản 4.5 — Phan II — hạt vật chat

- Lé Hoàng Nghiêm (2007) nghiên cứu áp dụng mô hình CMAQ đánh giá tác

động của nồng độ ozone mặt đất lên năng suất lúa cho khu vực lục địa ĐôngNam A kết qua cho thay nồng độ ozone cao tại khu vực dưới hướng gió củacác thành phố lớn như Bangkok và thành phố Hồ Chí Minh

- QO Russell Bullock, Jr va Katherine A Brehme (2002) đã sử dụng mồ hình

CMAQ dé mô phỏng ham lượng thủy ngân trong khí quyén — xây dưng vaphân tích các kết quả đọng wot

1.2.3 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của biến đối khí hậu đến chất lượngkhông khí trên thế giới

- Fredruck Semazzi (2003) nghiên cứu về chất lượng không khí — quan điểmtừ mô hình biến đối khí hậu Bài báo cáo này khai thác các câu hỏi về chấtlượng không khí từ quan điểm mô hình biến đổi khí hậu, nó đánh giá sự tiếnbộ nghiên cứu gần đây về các mối quan hệ nguyên nhân — hệ quả giữa cácthành phần không khí trong khí quyền và biến đổi khí hậu, chủ yếu dựa trêncác đánh giá về biến đối khí hậu trong thập ky qua của Ban Liên Chính Phủvề bién đối khí hậu (IPCC)

- _ Công trình của Filippo và Frédérick Meleux (2007) nghiên cứu về mô hìnhkhu vực ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến chất lượng hông khí Trong đócó trường hop cụ thé về tác động của biến đổi khí hậu đến nồng độ ozonevào màu hè ở Chậu Âu được trình bày để minh họa các tác động tiềm năngcủa biến đổi khí hậu trên các chất ô nhiễm Kết quả cho thấy, sự thay đổitrong các biến đôi khí hậu như nhiệt độ lượng mưa, sự lưu thông và độ phủmây ảnh hưởng đến các thành phần khác nhau của chu kỳ sống của chất ônhiễm do đó ảnh hưởng đến nông độ chat ô nhiễm va tac động đáng kể đếnchất lượng không khí, sức khỏe con người, nông nghiệp và các hệ sinh thái

_5-Bắc nước Hoa Kỳ và miền Nam — Trung tâm Châu Âu Các khu vực khác,chang hạn như vùng Đông Nam nước Hoa Kỳ, cho thay sự khác biệt lớn giữacác mô hình Điều này phan nào phản ánh sự khác biệt về khí hậu ở các khuvực sẽ dẫn đến sự khác biệt về nồng độ ozone

Maria Athanassiadou, Jonathan Baker, David Carruthers, William Collins,So fia Girnary, David Hassell, Matthew Hort, Colin Johnson, Kate Johnson,Richard Jones, David Thomson, Nicki Trought, Claire Witham (2010) danh

gid về tác động của biến doi khí hậu đối đến chất lượng không khí tại hai địađiểm Vương quốc Anh Tác động có thé có của biến đối khí hậu đối với chat

lượng không khí được nghiên cứu cho hai khu đô thị ở Anh, London và

Glasgow.Đối với London, kết quả trung bình trên một số trang web cho thaymột mùa thu sự gia tăng trong NO, và ozone, nhưng chỉ thay đổi nhỏ trongNO; và PMI0 Đối với Glasgow, những thay đổi trong tất cả các chất Điềunày cho thay sự suy giảm ozone nền do khí hậu thay đổi

P Zanisa, E Katragkou, I Tegoulias, A Poupkou, D Melasb, P Huszarc,

F Giorgi (2011)đánh giá của ozone gan bể mặt trong mô phỏng chất lượngkhông khí bằng mô hình khí hậu khu vực trên khắp châu Âu trong giai đoạn1991 — 2000 Bài nghiên cứu đưa ra các bằng chứng cho xu hướng gan đâytrong nồng độ ozon mặt đất, tức là hơn 3 thập kỷ qua, đã cho thay mot su giatang đáng kế trong trung bình hang năm trong không khí của bac bán cầu

Postelnicul, J Szdz’ujh, M Vars’avovae,M Zotal (2001) Phân phối ozonevà các chat gây 6 nhiễm không khí khác trong các khu rừng của day núiCarpathian ở trung tâm Châu Âu Kết quả giám sát lay mẫu thụ động cho

_6-thay rang Os nông độ cao được dự kiến ở nhiều noi của dãy Carpathian, đặcbiệt là ở phía Tây Kết quả này được dựa trên các ước tính của AOT40 chỉ số

cho cây rừng và thảm thực vật tự nhiên Nong độ NO, va SO; trong toàn bộ

phạm vi Carpathian là điển hình cho một phan của châu Au và dưới du kiếnmức độ độc tố thực vật

Juan-Carlos Guerra, Sergio Rodriguez, M.-Teresa Arencibia, M.-Dolores

Garcia (2004) nghiên cứu vé su hinh thanh va van chuyén ozone lién quan

dén quan ly chat lượng không khí va bao vệ thực vật ở Tenerife (quần đảo

Canary) Một nghiên cứu thực nghiệm về sự hình thành và vận chuyển củaozone trong không khí xung quanh đã được thực hiện ở Tenerife (quần đảoCanary) để điều tra các quá trình ảnh hưởng đến nông độ ozone và chấtlượng không khí Giá trị quan trọng đối với chỉ số 5 ngàyAOT40 đồng thờiđược vượt quá tại hai địa điểm (vài lần/năm) trong các giao thông vận tải tầm

xa Trong các giá tri vượt quá quan trọng theo hướng gió của khu vực đô thi,

giá trị 5 ngày AOT40 tương đối cao Như vậy, vận tải tam xa từ các vĩ độphía Bắc có thể sản xuất tương đối cao 5 ngàyAOT40 trong lớp ranh giới đạidương Những kết quả này là rất quan trọng để bảo vệ số lượng lớn thực vật

đặc hữu trong Canaries Mô hình khái niệm được thảo luận trong nghiên cứu

này có thé được áp dụng đối với các đảo khác trong đó có tính chất tương tự

như Tenerife.J Reillya, S Paltseva, B Felzerb, X Wanga, D Kicklighterb, J Melillob, R.

Prinna, M Sarofima, A Sokolova, C Wanga (2007) nghiên cứu về tac độngkinh tế toàn cầu đến đổi khí hậu, dẫn đến những tác động đến các vụ mùa,đồng cỏ và rừng Bài báo cáo sử dụng các kịch bản biến đối khí hậu kết hợpvới tăng trưởng kinh tế dẫn đến nồng độ CO, và ozone mat kiểm soát ảnhhưởng đến năng suất cây trồng, đồng cỏ và rừng

J Reilly, S Paltsev, B Felzer, X Wang, D Kicklighter, J Melillo, R Prinn,

M Sarofim, A Sokolov, C Wang (2007) Anh hưởng của kinh tế toàn cầuthay doi với cây trồng, đồng cỏ, va rừng do biến đổi khí hậu, khí carbon

dioxide, và ozone Bài báo cáo cho thây thay đôi môi trường sẽ gây ra những

_7-hậu quả thảm thực vật toàn cầu Trong phạm vi mà sản lượng mùa vụ và

đồng cỏ và rừng năng suất bị ảnh hưởng, có thể có những hậu quả kinh tếquan trọng Việc phân b6 nguồn lực giữa các ngành trong nên kinh tế vàthương mại giữa các nước, có thể ảnh hưởng mạnh mẽ ước tính hiệu quảkinh tế trong một quốc gia

Shiri Avnery, Denise L Mauzerall, Junfeng Liu, Larry W Horowitz (2010)

nghiên cứu về giảm năng suất cây trồng do tiếp xúc với ozone bể mặt Baibáo cáo sử dụng mô hình MOZART-2 đánh giá nồng độ ozone bề mặt, từ đócho thay việc tiếp xúc với ozone bé mặt làm giảm năng suất cây trồng ảnhhưởng đến nên kinh tế

Edmar Teixeira, Guenther Fischer, Harrij van Velthuizen, Rita vanDingenen, Frank Dentener, Gina Mills, Christof Walter, Frank Ewert (2011)

Hạn chế tiềm năng của quản ly cây trồng để giảm thiểu tác động của ozonebề mặt lên cung ứng lương thực toàn cầu Ozone bề mặt (Oa) là một chất gâyô nhiễm không khí độc tố thực vật mạnh làm giảm năng suất của câytrồng Đang phát triển sử dụng tài nguyên hóa thạch và biến đối khí hậu đanggia tăng nông độ O đến mức đe dọa cung cấp lương thực Chúng tôi môphỏng các hiệp ước im thiệt hai ozone trên bốn cây trồng chính (lúa mì, ngô,gạo và đậu tương) trên quy mô toàn cầu và đánh giá thích ứng của các hoạtđộng nông nghiệp để giảm thiểu thiệt hại ozone Kết quả cho thấy TrungQuốc, An Độ và Hoa Kỳ hiện bởi đến nay các quốc gia bị ảnh hưởng nhiềunhất, mang hơn một nửa của tất cả các ton thất toàn câu Thủy lợi chủ yếuảnh hưởng đến phơi nhiễm ozone, nhưng tác động địa phương phụ thuộc vào

mùa vụ và khí hậu.Shiri Avnery, Denise L Mauzerall, Junfeng Liu, Larry W Horowitz (2011)

Giảm năng suất cây trông toàn cầu do ozone bê mặt tiếp xúc: Năm 2030 tiềmnăng cây trồng sản xuất ton thất và thiệt hại kinh tế theo hai kịch bản O; 6nhiễm Bai báo cáo cho thấy việc O; đặt ra một mối de dọa ngày càng tăngđối với an ninh lương thực toàn cầu, ngay cả dưới kịch bản lạc quan phát thải

khí ozone trong tương lai.

1.2.5 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hưởng của biến đối khí hậu đến chất lượngkhông khí và việc áp dụng mô hình chất lượng không khí (hay mô hình khói quanghóa) cho thấy hiện nay chỉ có nghiên cứu thử nghiệm áp dụng hệ thống mô hình dựbáo chất lượng không khí đa quy mô CMAQ ở Việt Nam của nhóm tác giả TrươngAnh Sơn, Dương Hồng Sơn và Phạm Văn Sỹ thuộc Trung tâm Môi trường — Viện

Khí tượng Thủy Văn (2008) Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu, dự báo

ảnh hưởng của biến đối khí hậu đến chất lượng không khí tại Việt Nam Do đó,những nghiên cứu áp dụng mô hình chất lượng không khí và nghiên cứu ảnh hưởngcủa biến đối khí hậu đến chất lượng không khí cần phải được thực hiện

1.3 MỤC TIỂU — DOI TƯỢNG — NOI DUNG NGHIÊN CỨU

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Ap dụng công cụ mô hình CMAQ dự báo ảnh hưởng của ozone khói quang hóado ô nhiễm không khí đến sản lượng lúa khu vực Nam Bộ Việt Nam

1.3.2 Pham vi nghiên cứu

Nội dung: hệ thống mô hình khí tượng — chat lượng không khí MM5 — CMAQ

Khu vực nghiên cứu: Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ, Việt Nam.

Đối tượng: ozone quang hóa, năng suất cây lúa.Khoảng thời gian mô hình hóa: tháng 1 đến tháng 4 năm 2012

_—DЗ WI/NW Continental —4-—- NE continental

—®—— SW Marine —®— Withim SE Asia

© CE Marineœ i=]1

'

~J©i⁄

Hình 1.2: Cac mùa lúa trong năm tại Việt Nam

(Nguồn: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam)Chọn thời điểm nghiên cứu là vào tháng 1 — tháng 4 vào thời điểm nồng độozone quang hóa cao nhất cũng trùng với thời điểm mùa lúa Đông - Xuân tại Việt

Nam.1.3.3 Nội dung nghiên cứuDé tài sẽ tập trung giải quyét các cong việc sau:

Nội dung 4: Chạy mô hình dự báo nông độ ozone quang hóa cho khu vực

Nam Bộ Việt Nam.

Nội dung 5: Ước tính mức độ ảnh hưởng của ozone quang hóa hiện tại đến

sản lượng lúa khu vực Nam Bộ.

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hiện nay, dé đánh giá mức độ ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường không khí đên

năng suất cây trồng tại một vùng trên thế giới như ở Việt Nam thường sử dụng hai

phương pháp sau:

Phương pháp thực nghiệm: đo đạc, khảo sát tại nhiều điểm trên hiện trườngcủa một vùng sau đó bang phương pháp thống kê, đánh giá hiện trang 6nhiễm không khí vùng đó Từ đó đối chiếu với năng suất cây trồng và đưa ra

mức độ ảnh hưởng.

Phương pháp thống kê nửa thực nghiệm: dùng các mô hình toán hoặc nhămmô tả quá trình khuếch tán tạp chất cũng như tính toán với sự trợ giúp củamáy vi tính để tính toán nông độ tạp chất Chọn một số điểm đo đạc, khảo sátđể kiểm tra độ tin cậy của mô hình Sau đó xây dựng dữ liệu về năng suấtcây trồng, đối chiếu với kết quả tính toán ô nhiễm không khí phía trên, từ đó

rút ra kêt luận vê mức độ ảnh hưởng.

Phương pháp thông kê nửa thực nghiệm được lựa chọn làm phương pháp nghiêncứu chính cùng với các phương pháp hỗ trợ khác để thực hiện mục tiêu đề tài, cụthể:

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong dé tài:

-11-> Phương pháp thu thập số liệu

> Phương pháp mô hình hóa.

> Phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá.1.4.1 Phương pháp thu thập số liệu

Thu thập số liệu là một khâu hết sức quan trọng trong các quá trình nghiên cứu.Dữ liệu đầu vào mô tả cả yếu tô môi trường và phát thải sẽ cung cấp thông tin toàndiện dé chạy mô hình CMAQ và từ đó dự báo nồng độ các chat 6 nhiễm tại mặt dat

Dữ liệu khí tượng toàn cầu được tải miễn phí từ trang web http://dss.ucar.edu vasau đó sử dụng mô hình khí tượng MM5 để trích ly thành dữ liệu khí tượng cho khuvực miền Đông va Tây Nam Bộ và sau đó chuyển đối thành dữ liệu khí tượng đầuvào thích hợp cho mô hình chất lượng không khí CMAQ

Dữ liệu quan trọng tiếp theo cho mô hình CMAQ là dữ liệu phát thải từ nhiềunguồn như : từ sinh hoạt, giao thông, nhiên liệu hóa thạch được tai từ trang

http://www.cegrr.uiowa.edu/EMISION_DATA/index_16.htm của trường Đại học

lowa Dữ liệu tải về là dữ liệu toàn cầu, do đó tác giả sử dụng chương trình“Compaq Visual Fortran” để trích ly những dữ liệu phát thải đúng tọa độ khu vực

nghiên cứu.

Dữ liệu phát thải thu thập được là phát thải theo ngày của 32 chất khí phát thảivào khí quyền trong một 6 lưới (kích thước 6 lưới là 0,1x0,1 độ) sau đó các dữ liệunày sẽ được tính toán, chuyển đổi thành dữ liệu phát thải theo giờ Tuy nhiên dữliệu sử dụng cho mô hình chất lượng không khí là dữ liệu phát thải của các chất khíthứ cấp; có nghĩa là từ 32 khí trên, sau khi phát thải vào không khí, dưới tác độngcủa nhiều yếu tố chúng sẽ phản ứng với nhau (phản ứng quang hóa) tạo thành 22chất mới như NO, CO, SOz, Xylen, Toluen va các chất hữu cơ bay hơi không chứ

metan với các ti lệ khác nhau Va dữ liệu sau cùng đưa vào mô hình CMAQ là dữ

liệu của 22 chất khí nói trên.Các số liệu thu thập nêu trên được sử dụng để chạy mô hình từ thang 1 đến tháng4, sau đó sẽ dựa vào dữ liệu phát thải theo các kịch bản biến đối khí hậu của IPCC

được Bộ Tài nguyên và Mỗi trường Việt Nam chọn (kịch bản A2, BI, B2).

-

]2-1.4.2 Phương pháp mô hình hóa

Đề tài này sử dụng hệ thống mô hình khí tượng — mô hình chất lượng không khí,cụ thé là mô hình khí tượng MMS và mô hình chất lượng không khí CMAQ

Mô hình khí tượng MM5 của Trung tâm Nghiên cứu Khí quyền Quốc gia HoaKỳ (NCAR) và trường Đại học Tổng hợp Pennsylvania Hoa Kỳ (PSU) là thế hệ mới

nhất trong một loạt các mô hình nghiên cứu va dự báo thời tiết được Anthes phát

triển từ những năm 1970 Mô hình nay được sử dụng trong dé tài nhằm mục đíchtrích ly dữ liệu khí tượng thế giới cho khu vực Đông và Tây Nam Bộ

CMAQ tiếp cận chất lượng không khí một cách tổng quát với kỹ thuật hiện đạitrong các vấn đề về mô hình chất lượng không khí bao gồm khí Ozonee trên tầngđối lưu, bụi mịn, lăng đọng axit, suy giảm tầm nhìn CMAQ cũng được thiết kế đaquy mô để khỏi phải tạo ra các mô hình riêng biệt cho vùng đô thị hay nông thôn.Các mô hình dùng trong đề tài này chạy trên hệ điều hành Linux, phiên bản Ferdora

Core 11.

Diéu kién dau

re

| oo ma và điều kiện biên mã |

| Dữ liệu khí tượng đâu vào Dữ liệu i

(phân bô theo không gian và thời gian) \ phát thải |

| dau vao

` Mô hình quang hóa CMAQ le Nền lu

i is he mài < theo khôngMô phỏng O; mặt dat ae |

- gian va b

Ì Môhình đánh giá các Ỷ thời gian) ||

| thoi diem O; So sánh mô hình mô phỏng O;

r S om © ae 6 eee 6 ee 8 ee ee eee eee — eee =o so Se ee ee eee eee ]

| anh giá anh hưởng của 'ẽ bản đô phân bồ O; |

| O; lên cây trông và sự phát triên của AOT40 i

2 Các mức độ Định vùng có nông độ O3

| nguy cap [>>| nguy hai cao, ảnh hưởng đến

| của O¿ nông sản và hoa màu

Từ đó vẽ bản đồ sự phân bố của ozone và sự phát triển của AOT40 Từ các mức

độ nguy cap của ozone định những vùng có nông độ ozone nguy hại cao, ảnh hưởng

-14-đền nông sản và hoa màu Đánh giá nhóm mức độ ozone trong lúa thành pham từ

khu vực có nồng độ ozone cao.1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIEN CUA DE TÀI15.1 Ý nghĩa khoa học:

Đây là nghiên cứu sâu về tích hợp chồng ghép bản đồ giữa mật độ ozone quanghóa do biến đổi khí hậu và sản lượng lúa ở từng vùng trong khu vực nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu tiếp tục việc ảnh hưởng của ozonequang hóa do biến đổi khí hậu đến năng suất các cây trồng khác trong khu vực

nghiên cứu nói riêng và các khu vực khác của Việt Nam nói chung.

1.5.2 Tính thực tiễn của đề tài.Đề tài là bước phát triển tiếp theo của các để tài nghiên cứu về ô nhiễm khôngkhí ảnh hưởng đến Nông Lâm Nghiệp Đề tài đã chứng minh cho việc ảnh hưởngxấu của ô nhiễm không khí nói chung và van dé ozone quang hóa nói riêng đếnnăng suất cây trông mà cụ thé ở đây là cây lúa, nhăm hỗ trợ giảm thiểu và khắc

phục phân nao các tác động xâu cua ô nhiễm không khí đến cây trông và con người.

_15-CHUONG 2 CO SO LY THUYET2.1 KHOI QUANG HOA

Khoi sương là mot từ ghép cua khói và sương mu Khoi sương là một loại 6

nhiễm không khí Khoi sương có thé được tạo thành bởi hai nguồn — công nghiệp

hay khói sương mùa đông (ví dụ: khói sương London) và khói sương quang hóahoặc khói sương mùa hè (ví dục, khói sương Los Angeles) Khói sương công

nghiệp là kết quả từ việc đốt một lượng lớn than trong khu vực và được tạo ra bởihỗn hợp của khói và khí lưu huỳnh khi kết hợp với sương mù London cũng nỗitiếng thé giới về khói sương công nghiệp, nỗi tiếng nhất là sự kiện xảy ra vào tháng12 năm 1952 khi năm ngày thời tiết sương mù liên tục tạo ra một bầu không khí độchai va đã cướp đi cuộc sông của 4000 người (theo Chhatwal và cộng sự, 1997)

Ngày nay, việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch, điện hạt nhân và thủy điện, thay

cho than đã làm giảm đáng kế sự xuất hiện của khói sương công nghiệp Tuy nhiên,việc đốt các nhiên liệu hóa thạch như xăng dầu có thé tao ra một vẫn dé ô nhiễm khíquyền được biết đến như là khói quang hóa Khoi quang hóa có điều kiện phát triểnkhi các chất ô nhiễm chính (các oxit nito và các hợp chất hữu cơ dé bay hơi tạo ra từquá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch) tương tác dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặttrời dé dẫn xuất một hỗn hợp của hàng trăm hóa chất độc hại khác nhau và được gollà chat gây 6 nhiễm thứ cấp Khoi quang hóa lần dau tiên được công nhận là có vanđề ở Ló Angeles vào năm 1943 và từ đó được phát hiện ở nhiều thành phố trên thếgiới Bang 2.1 liệt kê một số đặc tính của hai loại khói suong

Bảng 2.1: Các đặc điểm của khói công nghiệp và khói quang hóaĐặc điểm Khoi công nghiệp Khói quang hóaNơi ghi nhận lân xuất hiện London Los Angeles

đầu tiênChất ô nhiễm chính SO,, bụi Ozone, NO,, Hydrocacbon,

CO, các gốc tự doCác nguồn chính Đốt cháy nhiên liệu từ | Sự đốt cháy nhiên liệu trong

công nghiệp và các hộ giao thông vận tải (dầu)gia đình (than, dau)

Các ảnh hưởng đến con | Viêm phối, viêm họng | Viêm họng, ảnh hưởng dén

người mắt

_16-Đặc điểm Khoi công nghiệp Khói quang hóaTác dụng lên các hợp chất Giảm Oxy hóa

Khoảng thời gian gây ra Những tháng mùa Khoảng giữa trưa của các

hậu quả nghiêm trọng nhất Đông đặc biệt là vào tháng màu hè

sáng sớm

(Nguồn: Chhatwal và cộng sự, 1997)Khoi sương càng được quan tâm khi các điều kiện khí tượng 6n định, khi lượng

khí thải đô thị đã được giữ lại tại khu vực không khí đô thị bởi hoạt động đảo ngược

giống như nắp đậy trên một tàu phản ứng tối đa hóa liên lạc và trong khi ngăn chặnphản ứng phân tán Các sự cô nghiêm trọng diễn ra khi sự nghịch đảo này 6n địnhtrong nhiều ngày, cho phép phát thải nhiều hơn và thêm vào phản ứng của nhữngngày trước đó Các chất oxy hóa chủ yếu chuyến hóa thành ozone với ham lượngkhác nhau của các thành phần oxy hóa khác nhau trong đó có Peroxyacetyl Nitrate(PAN) Các thành phần nhỏ này đã được đóng góp cho một sự thay đổi của hiệuứng quan sát cho nồng độ oxy hóa tong ở những nơi khác nhau Các biến thé trongthành phần oxy hóa diễn ra bởi vì các sự biến đổi trong của các Hydrocacbon banđầu và của thời gian phản ứng của không khí Các yếu tố này đã được tìm thấy đểthay đổi từ khu vực không khí này đến khu vực không khí kia và từ ngày này sang

ngày khác trong cùng một khu vực Các sol khí được hình thành trong các phản ứng

hóa học làm giảm đáng ké khả năng hién thị với sắc nâu trong khí quyền (Wark vàcông sự, 1998) Tham khảo Phụ lục 2 về các thành phan chất độc hại chính của khói

quang hóa và các ảnh hưởng của chúng đôi với môi trường.

2.2 SỰ HÌNH THÀNH CÁC CHÁT Ô NHIÊM THỨ CẤP

Mặc dù một số dấu vết cho thay các chất khí thải vào tầng khí quyền thấp nhất

(tang đối lưu) tạo thành nguy cơ đối với sức khoẻ, một số tác động bồ sung chủ yếutừ phản ứng của chúng ở tầng đối lưu Tất cả đều dẫn đến việc tạo ra một loạt cácsản phan oxy hoá thứ cấp mà nhiều chất trong số đó có nhiều tiềm năng nguy hạihơn là tiền chất của chúng Do các phản ứng hoá học xảy ra khi có sự hiện diện củaánh sáng mặt trời nên các sản phẩm oxy hoá thường được gọi là chất gây ô nhiễmquang hoá thứ cấp và bao gồm các chất oxy hoá quang hoá như ozone

- J7

-Ozone (Os) và các chất oxy hoá khác có trong môi trường không khí như

Peroxyacyl Nitrat (PANs) va Peroxide Hydrogen (HzO») được hình thành như là kếtquả của quá trình vật lý và hoá học của khí quyên liên quan đến hai loại chat 6nhiễm tiền chất là các hop chất hữu cơ dé bay hoi (VOC) và các Oxit Nito (NO, =NO + NO;) Sự hình thành của O; và các chất oxy hoá khác từ các tiền chất là mộthàm số phi tuyến phức tap của nhiễu yếu t6 bao gồm nhiệt độ, cường độ và phânphối quang phố của ánh sáng mặt trời, độ xáo trộn không khí và liên quan đến điềukiện khí tường khí quyền, nồng độ của các tiền chất trong không khí và tỷ lệ giữaVOC và NO, và phản ứng của các tiền chất hữu cơ

Ozone mặt đất được hình thành nư là kết quả của (1) các phát thải NO; và VOCvào khí quyền từ các nguồn nhân tạo và tự nhiên, (2) sự vận chuyển của các khí thảivà các sản phẩm phản ứng và (3) phản ứng hoá học xảy ra trong khí quyền đồngthời với sự vận chuyền và phân tán của khí thải Các quá trình này dẫn đến sự hìnhthành ozone và các chất ozone quang hoá khác chăng hạn như Peroxyacyl Nitrat(PANS), axit nitric (HNO2), axit sulfuric (H;SO¿) và các hợp chất khác chăng hạn

như hạt

2.2.1 Nito oxit quang hóa ở tầng đối lưuKhi NO và NO; tổn tại trong ánh sáng mặt trời, sự hình thành ozone xảy ra nhưlà kết quả của sự quang ly NO; ở các bước sóng <424 nm (Seinfeld và cộng sự,

1998).

NO; + hv — NO+0 (2.1)O+0,+M — O3 + M (2.2)

M tượng trưng cho N;, O; hoặc phân tử thứ ba khác là các chất hấp thụ năng

lượng rung động dư thừa và 6n định các phân tử O3 được hình thành Không cóngu6n ozone trong không khí nào đáng kế hon là phản ứng (2.2) Sau khi hìnhthành, O3 phản ứng với NO để tái sinh NO

O3 + NO — NO, + Op (2.3)

NO; +hv —> NO; + OCP) (2.7)

Nông độ của nó van còn thấp trong thời gian ban ngày, nhưng có thé tăng sau khihoàng hôn xuống tới nồng độ ban đêm của < 5.10’ đến 1.10'° phân tử em” hơn các

khu vực lục địa chịu ảnh hưởng của phát thải nhân tạp của NO, (Atkinson va cộngsự, 1986).

Việc loại bỏ các quá trình hóa học tầng đối lưu cho NO, liên quan đến phản ứngban ngày của NO với gốc Hydroxyl va lang đọng ướt, khô vào ban đêm của NzOsđể tạo ra HNO3

Acid Nito (HNO;).

_19-OH + NO HNO; (2.10)

Tai các khu vực đô thi, HNOs cũng có thé được hình thành vào ban đêm tình quatrình thủy phân không đồng nhất của NO» hoặc NO, hoặc cả hai Quá trình quang lycủa HNO; vào buổi sáng sớm

HNO, + hv — NO + OH (2.11)

Như vậy có thé trở thành một nguén quan trọng của các gốc OH, dẫn đến việcbat đầu nhanh chóng của các quá trình quang hóa (US EPA, 1996)

OHC C

— N —- NO

C C

vHNO

Hình 2.1: Chu ky phan ứng của các oxit nito ở tầng đối lưu

(Nguồn: US EPA, 1996)

2.2.2 Quang hóa học của không khí ô nhiễm

Hoạt động của con người dẫn đến sự phát thải NO, (NO + NO;), CH¿ và caHydrocacbon không chữa metan (NMHC) bao gồm các phản ứng tạo ra các hợpchất hữu cơ dé bay hoi (VOC) vào khí quyền Luong phát thải metan là quan trọngtrên quy mô toàn cầu như là một khí nhà kính trong khi lượng khí thải VOC khôngchứa metan là quan trọng nhất trong khu vực đô thị và địa phương Ngoài các chấtthải VOC không chứa metan có nguồn gốc sinh học (chủ yếu là của isopren (2-

methyl-1, 3-butandien) và monoterpenes (C;oH¡¿) được phat ra cả ở các khu vực bị

ô nhiễm và không bị ô nhiễm vào bầu khí quyền từ thảm thực vật

_ 20

-Con đường chính cho sự tham gia của VOC có liên quan đến sự hình thành củacác gốc hydroxyl (OH) Tang đối lưu chứa lượng hơi nước déi dào và sẵn sàng phảnứng với oxy nguyên tử dé tạo thành gốc OH

O + H;O — 20H (2.12)

Sự hình thành các gốc tự do hydroxyl và sau đó phản ứng với VOC cung cấp mộtchu trình quang phân thứ cấp dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong việc hình thànhNO; và các chất oxy hóa quang hóa Điều này giải thích việc nông độ của ozonetrong môi trường đô thị cao hơn, điều mà trước đây không thể được giải thích bởi

chu trình quang phan NO>.

Chìa khóa để hiểu biết sự hình thành ozone trong tầng đối lưu là các gốc OH.Phản ứng của nó với nhiều hydrocacbon(RH) dẫn đến các gốc peroxy alkyl

RH+ OH: —>R: + H;O (2.13a)

RCO + Oz+MM —SRC(O)O, + M (2.14b)

Các gốc peroxy hữu co nhanh chong phản ứng với NO dé hình thành NO, và cácsốc tự do

RO, + NO — RO: + NO; (2.15)

21

-RO: + O2 — RCHO + HO; (2.18)

Các gốc RC(O)O- có vòng đời ngắn, phân hủy dé tạo thành một gốc alkyl (R-) vàCO¿, với các thé hệ tiếp theo của gốc peroxyalkuyl

RC(O)O-3 RO;: + CO; (2.19)

Các phản ứng quan phân khắc tạo ra các gốc HO mới từ formaldehyde và

acetaldehyde.

20;

HCHO + hv — 2HO,- + CO (2.20a)

CH3CHO + hv ¬ CHạO;- + HO; + CO (2.20b)

Những gốc HO; trở thành nguồn OH mới thông qua các phản ứng chuyển đổi

Hình 2.2: Cac bước chính san sinh ozone trong không khí xung quanh

(R=H, alkyl hoặc thay thé alkyl hoặc acyl)

(Nguon: US EPA, 1996)

_22-2.2.3 Peroxyacyl Nitrat (PANs)

Lớp của các hợp chất của công thức chung RC(O)ONO, gọi là peroxyacyl nitrat(PANs) lần đầu tiên được phát hiện vào thập niên 1950 như là thành phần của khóiquang hóa Peroxyacyl nitrat, hợp chat dau tiên trong loạt các PAN mà chính nó

thường được gọi là PAN được hình thành từ phản ứng của OH với acetaldehyde.

CH3CHO + OH: — CH3CO + H;O (2.22)CH3CO + O3— CHaC(O)O+- (2.23)CH;C (O)O»s- + NO; +M<> CHazC(O)O;NO; +M (2.24)

Peroxyacyl nitrat không hấp thu bức xạ trên 290nm vì thế lớp của các hợp chấtnày có thé sẽ không được quang ly trong tầng đối lưu Peroxyacyl nitrat không hòatan trong nước, mặc dù nó được hòa tan tốt hơn so với NO và NOs, nhưng it hòa tanhon nitric acid Do đó việc làm sạch dung dịch nước có thé sẽ không phải là mộtviệc quan trọng trong tang đôi lưu dé loại bỏ đường dẫn của PANs

Một khi được cho là có tầm quang trọng trong bau khí quyền đô thi bi ô nhiễm,

PANs đang được công nhận ở mọi nơi, chúng đã được phát hiện ở đô thị, nông thôn

và môi trường toàn cầu PAN là một chất kích thích mắt mạnh mẽ và gây thiệt hại

đền cây trong.

2.3 TIEN CHAT CUA OZONE VA CÁC CHAT OXY HÓA KHAC

Nhu được mô tả phan trước, O; được hình thành trong khí quyền thông qua mộtloạt các phản ứng hóa học liên quan đến VOC và NO, Việc kiểm soát O3 phụ thuộcvào việc giảm lượng phát thải của VOC hoặc NO, hoặc cả hai Vì vậy, điều quantrọng là phải hiểu được nguồn gốc và thé mạnh nguồn gốc của các chất tiền thân

2.3.1 Oxit Nito

2.3.1.1 Các nguồn phát thải từ hoạt động của con người.Các nguồn phát sinh NO, từ hoạt động của con người có liên quan đến các quátrình đốt cháy Chất gây ô nhiễm chính là NO được hình thành từ các nguyên tử

nito, oxy và được sản sinh khi cháy ở nhiệt độ cao trong không khí Ngoài ra, NO,