Nghiên cứu tính biến động và nội ngoại suy theo thời gian ngày của CO và PM10 tại một số trạm quan trắc môi trường không khí tự động cố định ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Thu Hường NGHIÊN CỨU TÍNH BIẾN ĐỘNG VÀ NỘI NGOẠI SUY THEO THỜI GIAN NGÀY CỦA CO VÀ PM10 TẠI MỘT SỐ TRẠM QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TỰ ĐỘNG CỐ ĐỊNH Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Thu Hường NGHIÊN CỨU TÍNH BIẾN ĐỘNG VÀ NỘI NGOẠI SUY THEO THỜI GIAN NGÀY CỦA CO VÀ PM10 TẠI MỘT SỐ TRẠM QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TỰ ĐỘNG CỐ ĐỊNH Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS PHẠM NGỌC HỒ Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày Tác giả luận án Trần Thị Thu Hường LỜI CÁM ƠN Trong suốt trình nghiên cứu thực Luận án, tác giả nhận hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tận tình thầy giáo GS.TS.NGƯT Phạm Ngọc Hồ Người trực tiếp dẫn định hướng nghiên cứu, kiến thức chuyên môn hết truyền cho tác giả lòng đam mê khoa học, tinh thần tự giác học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc giúp đỡ quý báu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cố GS.TS Lê Đình Quang, người thầy nhân hậu, hiền từ hướng dẫn tác giả tận tình trình thực nghiên cứu khoa học Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Khoa Môi trường, Trung tâm Nghiên cứu quan trắc Mơi hình hóa mơi trường thầy cô giáo Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội truyền đạt cho tác giả kiến thức khoa học bổ ích chương trình đào tạo nghiên cứu sinh Tác giả xin cảm ơn Lãnh đạo Tổng cục Mơi trường, Lãnh đạo Cục Kiểm sốt hoạt động bảo vệ môi trường, Lãnh đạo Trung tâm Mạng lưới khí tượng thủy văn mơi trường, cán cơng chức, viên chức Cục Kiểm sốt hoạt động bảo vệ môi trường giúp đỡ, tạo điều kiện cho tác giả tham gia khoá học nghiên cứu sinh để hoàn thành tốt luận án Tác giả xin cảm ơn trợ giúp, động viên to lớn mặt tinh thần vật chất gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tất giúp đỡ quý báu này! Tác giả luận án Trần Thị Thu Hường MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Sự cần thiết nghiên cứu đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Những đóng góp luận án Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu tính biến động nội ngoại suy số liệu mơi trường khơng khí giới 1.1.1 Nghiên cứu tính biến động thơng số mơi trường khơng khí …….… 1.1.2 Nghiên cứu nội ngoại suy số liệu thông số môi trường khơng khí………………….………………………………………… ……… 1.2 Nghiên cứu tính biến động nội ngoại suy số liệu thông số mơi trường khơng khí Việt Nam 1.2.1 Nghiên cứu tính biến động 1.2.2 Nghiên cứu nội ngoại suy (dự báo) 1.3 Khái quát ô nhiễm môi trường khơng khí xung quanh trạm quan trắc tự động cố định Láng - thành phố Hà Nội, Đà Nẵng thành phố Đà Nẵng Nhà Bè - thành phố Hồ Chí Minh 1.3.1 Vị trí địa lý đặc điểm trạm 1.3.1.1 Trạm quan trắc mơi trường khơng khí tự động cố định Láng - thành phố Hà Nội (sau viết tắt Trạm Láng).………………………… 1.3.1.2 Trạm quan trắc mơi trường khơng khí tự động cố định Đà Nẵng thành phố Đà Nẵng (sau viết tắt Trạm Đà Nẵng)……………… 1.3.1.3 Trạm quan trắc môi trường không khí tự động cố định Nhà Bè thành phố Hồ Chí Minh (sau viết tắt Trạm Nhà Bè)…….…… 1.3.2 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí xung quanh khu vực trạm nghiên cứu…………………………………………………………… ……… 1.3.2.1 Đối với khu vực Trạm Láng - thành phố Hà Nội.……….………… 1.3.2.2 Đối với khu vực Trạm Đà Nẵng - thành phố Đà Nẵng……… …… 33 1.3.2.3 Đối với khu vực Trạm Nhà Bè - thành phố Hồ Chí Minh…….…… 38 1.4 Tiểu kết chương 42 Chương II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Nội dung nghiên cứu 44 2.2 Tư liệu xử lý số liệu 45 2.3 Phương pháp nghiên cứu 50 2.3.1 Phương pháp tính đặc trưng số đại lượng ngẫu nhiên 54 2.3.2 Phương pháp tính giá trị hàm cấu trúc theo thời gian 56 trình ngẫu nhiên dừng từ số liệu quan trắc thực tế 2.3.3 Phương pháp hồi quy áp dụng lý thuyết trình ngẫu 57 nhiên 2.3.4 Mơ hình nội ngoại suy thiết lập sở lý thuyết trình ngẫu 57 nhiên 2.3.5 Đề xuất sử dụng q trình nhiễu động dừng khí CO bụi 58 PM10 2.4 Tiểu kết chương II .59 Chương III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61 3.1 Các đặc trưng số khí CO bụi PM10 61 3.1.1 Đặc trưng số khí CO khu vực nghiên cứu 61 3.1.1.1 Đặc trưng số khí CO trạm Láng 61 3.1.1.2 Đặc trưng số khí CO trạm Đà Nẵng 65 3.1.1.3 Đặc trưng số khí CO trạm Nhà Bè 67 3.1.2 Đặc trưng số bụi PM10 trạm nghiên cứu 70 3.1.2.1 Đặc trưng số bụi PM10 trạm Láng 70 3.1.2.2 Đặc trưng số bụi PM10 trạm Đà Nẵng 73 3.1.2.3 Đặc trưng số bụi PM10 trạm Nhà Bè 75 3.2 Hàm cấu trúc thời gian thực nghiệm nhiễu động dừng khí CO 77 3.2.1 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Láng 78 3.2.2 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Đà Nẵng 80 3.2.3 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Nhà Bè 81 3.3 Hàm cấu trúc thời gian thực nghiệm nhiễu động dừng bụi PM10 83 3.3.1 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Láng 83 3.3.2 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Đà Nẵng 84 3.3.3 Hàm cấu trúc thời gian nhiễu động dừng Trạm Nhà Bè 86 3.4 Thiết lập mơ hình nội ngoại suy bổ khuyết số liệu cho thơng số mơi trường khơng khí sử dụng đại lượng ngẫu nhiên nhiễu động dừng 3.4.1 Thiết lập mơ hình nội ngoại suy đại lượng ngẫu nhiên nhiễu động dừng 3.4.2 Quy trình tính tốn nội ngoại suy số liệu áp dụng cho CO PM10 trạm thuộc khu vực nghiên cứu 3.4.2.1 Trường hợp thiếu hụt vài giá trị x(tk) khoảng 06 số liệu 3.4.2.2 Trường hợp thiếu hụt liên tiếp 06 giá trị khoảng 3.4.3 Ứng dụng mơ hình nội ngoại suy bổ khuyết số liệu thiếu hụt cho thông số CO PM10 03 trạm nghiên cứu 3.4.3.1 Kết nội ngoại suy chuỗi số liệu thông số CO 3.4.3.2 Kết nội ngoại suy chuỗi số liệu thông số PM10 3.4.3.3 Ngoại suy số liệu thiếu hụt khoảng [x(t1)-x(t6)] 3.4.3.4 Sử dụng hệ số αk xác định từ liệu sở để nội ngoại suy cho trạm quan trắc có vị trí nghiên cứu vào thời điểm năm khác 3.4.3.5 Sử dụng hệ số αk xác định từ liệu sở để nội ngoại suy số liệu cho trạm quan trắc thuộc khu vực lân cận 3.5 Đề xuất giải pháp quản lý, vận hành bổ khuyết chuỗi số liệu cho trạm quan trắc tự động cố định mơi trường khơng khí ba khu vực nghiên cứu phạm vi nước 3.5.1 Các giải pháp quản lý 3.5.2 Các giải pháp kỹ thuật 3.5.3 Những tồn công tác quản lý, vận hành hệ thống mạng lưới trạm quan trắc môi trường tự động cố định 3.6 Tiểu kết chương KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Khuyến nghị DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SỐ 01: Bảng giá trị biến trình ngày đêm, phương sai, độ lệch chuẩn hệ số biến động khí CO bụi PM10 03 trạm nghiên cứu PHỤ LỤC SỐ 02: Bảng giá trị hàm cấu trúc thời gian nhiễu động khí CO bụi PM10 03 trạm nghiên cứu DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các thơng số đầu vào khí CO Trạm Láng ngày 15/4/2006 Bảng 3.2 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Láng 09/9/2005 Bảng 3.3 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Đà Nẵng 10/02/2005 Bảng 3.4 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Đà Nẵng 02/3/2005 Bảng 3.5 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Nhà Bè 06/4/2006 Bảng 3.6 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Nhà Bè 10/01/2006 Bảng 3.7 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Láng 10/4/2008 Bảng 3.8 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Láng 01/3/2008 Bảng 3.9 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Đà Nẵng 12/4/2005 Bảng 3.10 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Đà Nẵng 28/01/2007 Bảng 3.11 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Nhà Bè 11/01/2006 Bảng 3.12 Kết nội ngoại suy bụi PM10 trạm Nhà Bè 26/3/2006 Bảng 3.13 Các thông số đầu vào bụi PM10 Láng mùa đông ngày 06/12/2007 Bảng 3.14 Kết ngoại suy số liệu từ 7h đến 12h thông số PM 10 Trạm Láng tháng 12 năm 2007 Bảng 3.15 Kết hiệu chỉnh giá trị ngoại suy bụi PM 10 Bảng 3.16 Giá trị nồng độ CO nội ngoại suy giá trị đo đạc theo số liệu tháng năm 2007 mùa hạ trạm Láng Bảng 3.17 Kết nội ngoại suy khí CO Đà Nẵng tháng năm 2005 Bảng 3.18 Kết nội ngoại suy khí CO trạm Nhà Bè tháng năm 2004 Bảng 3.19 Kết qủa nội ngoại suy khí CO trạm Nguyễn Văn Cừ tháng năm 2015 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn số liệu bất thường thông số CO Hình 2.2 Sơ đồ phép trung bình hóa theo tập hợp thể X(t) Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn biến trình ngày đêm khí CO theo mùa trạm Láng Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn phương sai khí CO theo mùa trạm Láng Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn khí CO theo mùa trạm Láng Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn hệ số biến động theo mùa khí CO trạm Láng Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn biến trình ngày đêm khí CO trạm Đà Nẵng Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phương sai khí CO theo mùa trạm Đà Nẵng Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn khí CO theo mùa trạm Đà Nẵng 24 Bảng Bảng giá trị phương sai theo mùa nồng độ bụi PM10 theo mùa trạm nghiên cứu Đơn vị: (µg/m ) Giờ Mùa xuân 1949,43 1779,98 1707,97 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Bảng Bảng giá trị độ lệch chuẩn theo mùa nồng độ bụi PM10 theo mùa trạm nghiên cứu Đơn vị: (µg/m ) Giờ Mùa xuân 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Bảng Bảng giá trị hệ số biến động theo mùa nồng độ bụi PM10 theo mùa trạm nghiên cứu Đơn vị: % 155 Giờ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 156 PHỤ LỤC SỐ 02 Bảng Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) nhiễu động khí CO theo mùa Trạm Láng từ năm 2004 - 2007 Đơn vị: (ppm) 2004 Mùa xuân Mùa hạ Mùa thu D1 0,16 0,03 0,09 D2 0,30 0,05 0,18 D3 0,45 0,06 0,22 D4 0,55 0,07 0,24 D5 0,64 0,08 0,26 D6 0,69 0,08 0,27 D7 0,74 0,08 0,27 D8 0,79 0,08 0,28 D9 0,80 0,08 0,29 157 Bảng 10 Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) khí CO theo mùa Trạm Đà Nẵng từ năm 2004, 2005, 2007 2008 Mùa m D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Bảng 11 Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) nhiễu động dừng khí CO theo mùa Trạm Nhà Bè từ năm 2005, 2006 2008 Đơn vị: (ppm) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Bảng 12 Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) nhiễu động dừng bụi PM10 theo mùa trạm Láng năm 2007 2008 Đơn vị: ( μg/m ) D1 771,1 D2 1085, D3 1275, D4 1595, D5 1828, D6 2014, D7 2234, D8 2423, D9 2441, Bảng 13 Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) bụi PM10 theo mùa Trạm Đà Nẵng từ năm 2004 - 2007 μg/m ) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Đơn vị: ( Bảng 14 Các giá trị hàm cấu trúc thời gian (D) bụi PM10 theo mùa Trạm Nhà Bè từ năm 2004 - 2006 Đơn vị: ( μg/m ) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 ... HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Thu Hường NGHIÊN CỨU TÍNH BIẾN ĐỘNG VÀ NỘI NGOẠI SUY THEO THỜI GIAN NGÀY CỦA CO VÀ PM10 TẠI MỘT SỐ TRẠM QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ TỰ ĐỘNG CỐ... chia chuỗi số liệu quan trắc thông số môi trường không khí theo mùa để nghiên cứu tính biến động theo thời gian không gian 1.1.2 Nghiên cứu nội ngoại suy số liệu thông số môi trường không khí Việc... Nghiên cứu nội ngoại suy số liệu thơng số mơi trường khơng khí? ??……………….………………………………………… ……… 1.2 Nghiên cứu tính biến động nội ngoại suy số liệu thông số môi trường không khí Việt Nam 1.2.1 Nghiên