Biến động nồng độ ôzôn tầng mặt tại một số khu vực miền Bắc Việt Nam - nghiên cứu điển hình tại Hà Nội, Phú Thọ, Quảng Ninh

Nghiên cứu nhằm mục tiêu xác định tính biến động nồng độ ôzôn tầng mặt theo không gian và thời gian tại Hà Nội, Phú Thọ, Quảng Ninh, đây là nơi đặt 3 trạm quan trắc không khí tự động. Kết quả chỉ ra rằng, nồng độ ôzôn theo giờ trong ngày tại các khu vực nghiên cứu dao động trong khoảng 8,8 - 79,9 μg/m3 , có sự tăng giảm nồng độ ôzôn theo quy luật, tăng lên vào buổi sáng, đạt giá trị cực đại vào buổi trưa và giảm dần vào chiều tối.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIẾN ĐỘNG NỒNG ĐỘ ÔZÔN TẦNG MẶT TẠI MỘT SỐ KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM - NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH TẠI HÀ NỘI, PHÚ THỌ VÀ QUẢNG NINH Dương Thành Nam (1) Lê Hoàng Anh Nguyễn Viết Hiệp TĨM TẮT Chất lượng mơi trường khơng khí Việt Nam ngày ô nhiễm hoạt động người (q trình sản xuất, giao thơng vận tải) Ơzơn tầng mặt chất gây ô nhiễm mơi trường, hiệu ứng nhà kính khói mù quang hố Nghiên cứu nhằm mục tiêu xác định tính biến động nồng độ ôzôn tầng mặt theo không gian thời gian Hà Nội, Phú Thọ, Quảng Ninh, nơi đặt trạm quan trắc khơng khí tự động Kết rằng, nồng độ ôzôn theo ngày khu vực nghiên cứu dao động khoảng 8,8 - 79,9 μg/m3, có tăng giảm nồng độ ôzôn theo quy luật, tăng lên vào buổi sáng, đạt giá trị cực đại vào buổi trưa giảm dần vào chiều tối Nồng độ ôzôn cao vào ngày từ thứ đến thứ 6, có giá trị thấp vào ngày cuối tuần, nồng độ ôzôn Hà Nội cao nhiều so với Phú Thọ Quảng Ninh Mùa mưa nồng độ ôzôn tầng mặt có giá trị thấp biến động lại cao so với mùa khô mức độ ô nhiễm mùa khô tăng cao kết hợp yếu tố khí tượng Từ khóa: Ơzơn tầng mặt, khơng khí xung quanh, nhiễm khơng khí, biến động Đặt vấn đề Tầng ôzôn (O3) khiên chắn bảo vệ người chống lại tia tử ngoại độc hại, chất khí mặt đất (còn gọi ơzơn tầng đối lưu hay ôzôn tầng mặt) lại trở thành chất ô nhiễm, gây hiệu ứng nhà kính, đứng sau CO2 CH4 Mỗi phân tử O3 gia tăng khí mạnh khoảng 1.200 - 2.000 lần so với gia tăng phân tử CO2 trình gây nên tượng ấm lên toàn cầu O3 thành phần khói mù quang hóa, yếu tố nguy hiểm sức khỏe người Ơ nhiễm ơzơn làm cho bệnh hen suyễn, viêm phế quản mãn tính, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính trở nên trầm trọng làm giảm khả chống lại vi sinh vật xâm nhập vào hệ hô hấp thể Chất lượng mơi trường khơng khí Việt Nam ngày bị ô nhiễm hoạt động người (q trình sản xuất, giao thơng vận tải) Việc nghiên cứu nồng độ ôzôn tầng mặt cần thiết nhằm kiểm sốt chất lượng khơng khí Nghiên cứu “Biến động nồng độ ôzôn tầng mặt số khu vực miền Bắc Việt Nam - Nghiên cứu điển hình Quảng Ninh, Phú Thọ Hà Nội” chọn để thực nhằm mục tiêu xác định biến động nồng độ ơzơn có tầng mặt theo không gian (3 trạm quan trắc khơng khí tự động) theo thời gian (biến động ngày, biến động theo ngày tuần, biến động theo tháng mùa) Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Biến động nồng độ ôzôn tầng mặt có khơng khí trạm quan trắc khơng khí tự động Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tỉnh (Hà Nội, Quảng Ninh, Phú Thọ) thuộc khu vực miền Bắc Việt Nam Đây khu vực đặt trạm quan trắc khơng khí tự động, liên tục Khu vực nghiên cứu đặc trưng cho yếu tố địa lý khác (miền núi, đồng ven biển) Thu thập liệu: liệu thu thập thiết bị đo O3 (model APOA - 370) theo nguyên lý hấp thụ quang Trung tâm Quan trắc môi trường miền Bắc, Tổng cục Môi trường Chuyên đề II, tháng năm 2018 51 ▲Hình Sơ đồ khu vực nghiên cứu phổ hồng ngoại không phân tán (NDIR), điều biến dòng khí ngang hãng sản xuất Horiba, Nhật Bản Nồng độ O3 đo liên tục (5 phút/lần), tính trung bình tồn thời gian từ tháng - 12/2016 với tổng cộng 315.360 giá trị đo Tỷ lệ liệu thiếu 5,8% (là giá trị bất thường, liệu thời gian hiệu chỉnh máy thiết bị không hoạt động) Dữ liệu thiếu không đưa vào tính tốn thống kê Phân tích liệu: Để phân tích diễn biến nồng độ O3 ngày, sử dụng số liệu trung bình Để so sánh nồng độ O3 mùa năm, sử dụng số liệu nồng độ trung bình ngày có số thời điểm nồng độ ôzôn vượt giá trị tần suất thấp Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Biến động nồng độ ôzôn trung bình ngày Nồng độ ơzơn tầng mặt trung bình ngày khu vực nghiên cứu có giá trị dao động từ 19,7 µg/ m3 - 53,5 µg/m3 Cao khu vực Hà Nội với nồng độ tối đa lên đến gần 500 μg/m3 thấp Phú Thọ với thời điểm cao đạt gần 145 μg/m3 Kết trung bình ngày đêm vị trí quan trắc thể giá trị trung bình thấp nhiều so với giá trị nồng độ tối đa, giá trị cao đột biến có tần suất xuất thấp năm 2016 Vào ban ngày từ - 18 giờ, nồng độ ơzơn có giá trị khoảng từ 28,4 μg/m3 - 73,3 μg/m3 buổi đêm từ 19 - sáng hơm sau có giá trị từ 11,0 μg/m3 - 33,8 μg/m3 Có chênh lệch rõ ràng nồng độ ôzôn ban ngày ban đêm ban ngày giá trị địa điểm cao giá trị ban đêm - lần Kết nghiên cứu cho thấy, khác biệt biến động nồng độ ôzôn trạm tập trung vào ban ngày, nồng độ ôzôn ban đêm khác biệt Nồng độ ơzơn trung bình vào 12 trưa địa điểm Hà Nội cao gấp đôi so với Quảng Ninh gấp khoảng lần so với Phú Thọ Theo QCVN 05:2013/BTNMT, giá trị nồng độ ôzôn đạt mức độ cho phép trung bình (200 μg/m3) (120 μg/m3) Tuy nhiên, 52 Chuyên đề II, tháng năm 2018 ▲Hình Biến động nồng độ ơzơn trung bình ngày địa điểm Nồng độ ơzơn trung bình ngày khu vực có giao động theo quy luật tăng giảm đặc trưng phản ứng quang hoá, phù hợp với nghiên cứu trước giới Hình cho thấy, nồng độ ôzôn địa điểm có diễn biến tương đối giống nhau, chia thành giai đoạn Giai đoạn - sáng, đó, nồng độ ôzôn giảm nhanh đạt giá trị cực tiểu vào khoảng - sáng Giai đoạn nồng độ ôzôn bắt đầu tăng lên nhanh từ sáng - 12 trưa, đạt giá trị cực đại khoảng 12 - 14 Tiếp đến giai đoạn 3, từ sau 15 chiều nồng độ ôzôn bắt đầu giảm xuống nhanh 18 Giai đoạn từ 19 tối đến sáng hôm sau giảm chậm Tương quan cho thấy, nồng độ ôzôn có tương quan thuận với cường độ xạ tổng với hệ số xác định R2 tương đối cao (lần lượt 0,76; 0,62 0,54 Hà Nội, Quảng Ninh Phú Thọ) Bức xạ nhiệt đóng vai trò hình thành khí ơzơn biến trình ngày KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ 3.2 Biến động nồng độ ơzơn trung bình ngày tuần Vào ngày tuần (từ thứ - thứ 6), nồng độ ơzơn khơng khí có giá trị cao nhiều so với cuối tuần (thứ Chủ nhật) Điều vào ngày tuần gia tăng hoạt động sản xuất di chuyển loại phương tiện giao thông khiến cho nồng độ chất ô nhiễm không khí tiền chất ơzơn tăng cao, dẫn đến nồng độ ơzơn khơng khí tăng theo Riêng trạm quan trắc khu vực Hà Nội, nồng độ ôzôn giảm mạnh vào thứ tăng lên vào Chủ nhật Do trạm ven đường đặt cửa ngõ vào Hà Nội, nên có thứ lưu lượng phương tiện tham gia giao thông giảm mạnh, ngày Chủ nhật mật độ phương tiên giao thông tiếp tục tăng cao phương tiện quay lại TP để chuẩn bị cho tuần làm việc Có thể thấy, nồng độ ơzơn tuần Hà Nội cao nhiều so với địa điểm lại Điều khác biệt phần lớn mật độ giao thông trạm quan trắc Hà Nội lớn so với trạm lại ▲Hình Diễn biến nồng độ ơzơn ngày tuần 3.3 Biến động nồng độ ôzôn theo tháng mùa Miền Bắc vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm nên có phân chia mùa rõ rệt với mùa xuân (tháng tháng 4), mùa hè (tháng - tháng 7), mùa thu (tháng - tháng 10), mùa đông (tháng 11 - tháng năm sau) Ngồi ra, phân chia theo mùa mùa mưa (cuối mùa xuân tới đầu mùa thu) mùa khô (cuối mùa thu tới đầu mùa xuân) ▲Hình Diễn biến nồng độ ôzôn địa điểm năm, giá trị trung bình theo tháng Thời gian mùa xuân, nồng độ ôzôn tầng mặt giảm từ tháng - tháng 3, sau bắt đầu tăng nhanh vào tháng Tháng 2, thời tiết miền Bắc se lạnh, thời gian mặt trời chiếu sáng ngày ngắn, đến tháng 4, tần suất ngày nắng nhiều tăng tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành ơzơn mặt đất Bước sang thời kì mùa hè, khoảng thời gian ngày dài đêm, mặt đất bị ảnh hưởng nhiều xạ mặt trời khiến cho nồng độ ôzôn tầng mặt tiếp tục tăng cao đạt giá trị cực đại vào tháng (là thời gian nhiệt độ tăng cao, thời gian chiếu sáng mặt trời dài lượng mưa chưa nhiều) Tháng 6, 7, miền Bắc vào mùa mưa khiến khơng khí làm tự nhiên, dẫn đến nồng độ trung bình chất ô nhiễm vào thời điểm giảm xuống rõ rệt Vào mùa đông, ánh nắng mặt trời hơn, phản ứng hóa học tạo ơzơn khó khăn hơn, số liệu lại cho thấy nồng độ ơzơn tăng cao Đó do, mùa đơng mưa nên khối khí nhiễm có khả làm sạch, vào ban ngày trời có nắng khiến cho lớp khơng khí bề mặt ấm hơn, tới buổi tối nhiệt độ khối khí lạnh phát xạ hồng ngoại dẫn đến nhiệt độ khơng khí tăng dần theo chiều cao (khả khếch tán) Khối khơng khí chứa chất nhiễm vào buổi sáng bốc lên cao mà bị giữ lại mặt đất khiến cho nồng độ chất ô nhiễm giảm chậm vào buổi tối cộng thêm việc tích tụ sau nhiều ngày nên nồng độ O3 vào khoảng thời gian có giá trị lớn kéo dài nhiều ngày, dẫn đến nồng độ O3 trung bình mùa đơng cao Kết luận Biến động nồng độ ôzôn theo ngày khu vực nghiên cứu dao động khoảng 8,8 μg/m3 - 79,9 μg/m3 Nồng độ ôzôn trung bình vào 12 trưa địa điểm Hà Nội cao gấp đôi so với Quảng Ninh, gấp khoảng lần so với Phú Thọ Vào thời điểm ngày, khu vực cho thấy tăng giảm nồng độ ôzôn theo quy luật, tăng lên vào buổi sáng, đạt giá trị cực đại vào buổi trưa giảm dần vào chiều tối, cường độ ánh sáng nguyên nhân ảnh hưởng tới biến động nồng độ ôzôn tầng mặt Các ngày tuần nồng độ ôzôn chất ô nhiễm cao vào ngày từ thứ - thứ Tuy nhiên, nồng độ ơzơn có giá trị thấp vào ngày cuối tuần, nguyên nhân hiểu hoạt động sản xuất lại giảm vào cuối tuần Nồng độ ôzôn tuần Hà Nội cao hẳn so với vị trí lại Vào mùa mưa nồng độ ơzơn tầng mặt có giá trị thấp biến động lại cao so với mùa khô Mùa khô, mức độ ô nhiễm tăng cao kết hợp yếu tố khí tượng Từ thấy, nồng độ ơzơn vị trí có phụ thuộc lớn vào thời tiết■ Chuyên đề II, tháng năm 2018 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ TN&MT, “Báo cáo Mơi trường quốc gia - Mơi trường khơng khí đô thị Việt Nam,” trang 14-18, 2007 Bộ TN&MT, “QCVN 05:2013/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh.” 2013 Nguyễn Như Bảo Chính Nguyễn Thanh Tâm, “Khảo sát mức độ ôzôn yếu tố tác động đến ôzôn,” TP Hồ Chí Minh, 2013 Vũ Văn Mạnh, “Nghiên cứu tính biến động tầng ơzơn khí phục vụ cho việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên BVMT Việt Nam,” ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội, 2004 J N Cape, “Surface ozone concentrations and ecosystem health: Past trends and a guide to future projections,” Sci Total Environ., vol 400, No.1-3, pp 257-269, Aug 2008 W Lu, X Wang, W Wang, A Y T Leung, and K Yuen, “A preliminary study of ozone trend and its impact on environment in Hong Kong,” Environ Int., vol 28, No 6, pp 503-512, 2002 A M Fiore et al., “Background ozone over the United States in summer: Origin, trend, and contribution to pollution episodes,” J Geophys Res Atmos., vol 107, No 15, 2002 K Sadighi, E Coffey, A Polidori, B Feenstra, Q Lv, and D K Henze, “Intra-urban spatial variability of surface ozone and carbon dioxide in Riverside , CA : viability and validation of low-cost sensors,” no August, pp 1-30, 2017 SURFACE OZONE VARIATION IN SELECTED AREAS OF NORTH VIETNAM - CASE STUDY IN HÀ NỘI, PHÚ THỌ AND QUẢNG NINH Dương Thành Nam, Lê Hoàng Anh, Nguyễn Viết Hiệp Centre for Northern Environmental Monitoring Vietnam Environment Administration ABSTRACT Air quality in Việt Nam is increasingly polluted by human activities (production, transportation) Surface ozone is one of the environmental pollutants, greenhouse gases and photochemical smog This study aims to determine surface ozone concentration variations in three locations (Hà Nội, Phú Thọ and Quảng Ninh) and over time (days, weeks, months and seasons) The results indicate that daily average surface ozone concentrations in the study areas ranged from 8.8 - 79.9 μg/m3, with an increase in ozone concentration in the morning, reaching a peak value at noon and gradually decreasing in the evening Ozone concentrations are high on Monday to Friday and low on weekends Ozone concentrations in Hà Nội are significantly higher than in Phú Thọ and Quảng Ninh In the rainy season, the surface ozone levels are lower but the volatility is higher than the dry season In the dry season, the level of pollution increases due to a combination of meteorological factors Key words: Surface ozone, ambient air, air pollution, diurnal variation, North of Việt Nam 54 Chuyên đề II, tháng năm 2018 ... ngày có số thời điểm nồng độ ôzôn vượt giá trị tần suất thấp Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Biến động nồng độ ơzơn trung bình ngày Nồng độ ơzơn tầng mặt trung bình ngày khu vực nghiên cứu có giá... ngày nên nồng độ O3 vào khoảng thời gian có giá trị lớn kéo dài nhiều ngày, dẫn đến nồng độ O3 trung bình mùa đơng cao Kết luận Biến động nồng độ ôzôn theo ngày khu vực nghiên cứu dao động khoảng... vào chiều tối, cường độ ánh sáng nguyên nhân ảnh hưởng tới biến động nồng độ ôzôn tầng mặt Các ngày tuần nồng độ ôzôn chất ô nhiễm cao vào ngày từ thứ - thứ Tuy nhiên, nồng độ ôzôn có giá trị thấp