CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. ĐÁNH GIÁ SỰ PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ BỤI MỊN PM2.5 THEO THỜ
3.2.1. Quy luật biến thiên nồng độ bụi PM2.5 trong ngày
Từ dữ liệu quan trắc bụi mịn PM2.5 năm 2018 của TP. Hà Nội được thu thập từ trạm quan trắc khơng khí thuộc Trung tâm Quan trắc mơi trường miền Bắc - Tổng cục Môi trường, 556 Nguyễn Văn Cừ, Ngọc Lâm, Long Biên, Hà Nội, tính được nồng độ bụi trung bình giờ trong ngày của 365 ngày trong năm, phân tích thống kê các dữ liệu và biểu diễn bằng đồ thị boxplot như trên hình 3.2. Kết quả thu được cho thấy nồng độ bụi mịn PM2.5 biến thiên tại các thời điểm khác nhau trong ngày, cụ thể: trong một ngày, hàm lượng bụi mịn PM2.5 có xu hướng tăng dần từ 6 giờ sáng đến khoảng 9 – 10 giờ sáng, đạt đỉnh cực đại vào lúc 10 giờ sáng sau đó giảm dần, đạt đáy cực tiểu ở khoảng 15 – 16 giờ chiều, sau đó nồng độ bụi mịn PM2.5 lại có xu hướng tăng dần, đến khoảng 20 – 21 giờ thì đạt đỉnh thứ 2. Sau 21 giờ thì nồng độ bụi PM2.5 giảm một chút và có vẻ ít biến động vào ban đêm.
Nguyên nhân của sự biến thiên tại các thời điểm khác nhau trong ngày này có thể là do vị trí trạm quan trắc đặt cách đường Nguyễn Văn Cừ khoảng 10m nên hàm lượng bụi mịn đo được chịu tác động chủ yếu từ nguồn phát thải giao thông. Trong khoảng từ 7 giờ đến 8h30 sáng là giờ cao điểm về giao thông ở Hà Nội, mật độ các phương tiện tham gia giao thông gần như là lớn nhất trong ngày, do đó bụi phát ra từ các phương tiện và hoạt động giao thông làm cho nồng độ bụi mịn PM2.5 tăng dần từ thời điểm này và đạt đỉnh trong khoảng 1 – 1,5 tiếng sau đó. Sau 10 giờ, nhiệt độ bề mặt trái đất bắt đầu tăng nhanh do bức xạ nhiệt từ mặt trời, dẫn đến bụi mịn được khuếch tán mạnh theo cả phương ngang và phương thẳng đứng, phương tiện tham gia giao thơng cũng ít hơn dẫn đến nồng bụi mịn PM2.5 trong khơng khí giảm dần từ thời điểm đó đến khoảng 16h chiều. Sau 17h là thời điểm tan tầm của nhiều cơ quan, trường học nên mật độ các phương tiện giao thông trên đường tăng dần, dẫn đến nồng bụi mịn PM2.5 sinh ra do hoạt động giao thông tăng làm cho nồng độ bụi trong khơng khí tăng dần và đạt đỉnh thứ 2 khoảng 21h. Sau 21h, nhiệt độ của lớp khơng khí sát mặt đất giảm nhanh hơn các lớp khơng
khí phía trên do q trình bức xạ hồng ngoại, sự chênh lệch nhiệt độ giữa khơng khí tầng trên và tầng sát mặt đất giảm, dẫn đến khả năng khuếch tán bụi mịn PM2.5 theo phương ngang và phương thẳng đứng kém hơn thời điểm ban ngày khi nhiệt độ bề mặt trái đất cao. Kết quả là nồng độ bụi mịn PM2.5 sau 21h biến động khơng nhiều.
Hình 3.2: Diễn biến nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình giờ các ngày trong năm 2018 của TP. Hà Nội
Để xem xét diễn biến nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình giờ trong các mùa xuân (từ tháng 2 đến tháng 4), mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 7), mùa thu (từ tháng 8 đến tháng 10), mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau) có sự khác biệt hay khơng, tiến hành phân tích thống kê số liệu quan trắc bụi mịn PM2.5 trung bình giờ trong các mùa và thể hiện trên đồ thị hình 3.3. Từ kết quả hình 3.3 có thể thấy rằng trong tất cả các khung giờ trong ngày, nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình giờ có sự khác biệt giữa các mùa, cụ thể là nồng độ giảm dần theo thứ tự sau: mùa đông > mùa xuân > mùa thu > mùa hè. Quy luật thay đổi trong ngày cũng có sự khác biệt giữa các mùa: đối với mùa đông
và mùa xuân, dường như nồng độ bụi ít biến động vào ban đêm (từ 21h tối hôm trước đến 6 giờ sáng hôm sau) và sự chênh lệch giữa đỉnh cực đại và cực tiểu cũng lớn hơn trong trường hợp mùa hè và mùa thu. Đối với mùa hè và mùa thu, nồng độ bụi mịn PM2.5 sau khi đạt đỉnh lần thứ 2 trong ngày vào khoảng 21 giờ, thì có sự sụt giảm trong khoảng nửa đêm về sáng đến 6 giờ sáng và sự chênh lệch nồng độ bụi mịn PM2.5 giữa đỉnh cực đại và cực tiểu cũng tương đối lớn.
(a) (b)
Hình 3.3: Diễn biến nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình giờ các ngày trong mùa xuân (a), mùa hè (b), mùa thu (c) và mùa đông (d) của TP. Hà Nội
năm 2018
Nguyên nhân của sự khác biệt này có thể là do hiện tượng nghịch nhiệt -là hiện tượng của khí quyển xảy ra khi nhiệt độ của lớp khí quyển trên cao lớn hơn nhiệt độ của lớp khí quyển phía dưới, thường xảy ra vào mùa đông và mùa xuân, khi bắt đầu có các đợt khơng khí lạnh từ phía Bắc tràn về. Lớp khơng khí lạnh thời điểm này cịn mỏng, nên chúng chìm xuống và chỉ làm giảm nhiệt độ ở những tầng thấp trong khi tầng trên ít mây và vẫn có nắng nên nhiệt độ cao hơn, do đó gây ra hiện tượng nghịch nhiệt [18]. Khi có nghịch nhiệt, lớp khơng khí ở bên dưới trở nên rất ổn định và cản trở mọi chuyển động thẳng đứng của từng bộ phận khí do lực nổi gây ra. Độ ổn định do nghịch nhiệt tạo ra làm hạn chế sự trao đổi năng lượng của lớp khơng khí sát mặt đất và lớp khí quyển trên cao, gây cản trở sự xáo trộn của khí quyển, do đó làm cản trở q trình khuếch tán bụi mịn PM2.5 trong bầu khí quyển, dẫn đến sự tích tụ và làm nồng độ bụi mịn PM2.5 có thể tăng cao. Chính vì vậy nồng độ bụi mịn PM2.5 vào ban đêm trong ngày của mùa đông và mùa xuân thường ít dao động hơn các mùa hè và mùa thu. Ngồi ra, độ ẩm khơng khí vào mùa đơng và mùa xuân thường cao hơn mùa hè và mùa thu, trong khi mùa hè lại mưa nhiều, làm rửa trơi bớt bụi mịn PM2.5, vì vậy nồng độ bụi mịn PM2.5 tại các thời điểm trong ngày mùa đông và mùa xuân cao hơn mùa hè và mùa thu như quan sát được ở trên. Kết quả này cũng tương tự như kết quả nghiên cứu của Huang và cộng sự khi đánh giá sự biến thiên nồng độ bụi mịn PM2.5 ở Bắc Kinh giai đoạn 2013 – 2014 [19].
Từ dữ liệu quan trắc bụi mịn PM2.5 hàng giờ và hàng ngày của năm 2018 của thành phố Hà Nội được thu thập từ trạm quan trắc khơng khí thuộc Trung tâm Quan trắc môi trường miền Bắc - Tổng cục Môi trường, 556 Nguyễn Văn Cừ, xử lý thống kê và vẽ đồ thị boxplot biểu diễn nồng độ bụi trung bình tháng năm 2018 như trên hình 3.3. Kết quả thu được cho thấy nồng độ bụi mịn PM2.5 thấp nhất vào các tháng từ tháng 5 đến tháng 9, cao nhất vào các tháng từ tháng 10 đến tháng 12 và tháng 1 đến tháng 4. Kết quả này
có thể được giải thích như sau: các tháng từ tháng 5 đến tháng 9 (mùa hè và giữa thu) là các tháng mùa mưa trong năm ở thành phố Hà Nội, vào các tháng này thường diễn ra nhiều trận mưa lớn, các trận mưa này sẽ rửa trơi bụi mịn PM2.5 làm sạch khơng khí, do đó nồng độ bụi trung bình các tháng này thấp hơn các tháng cịn lại trong năm.
Hình 3.4: Diễn biến nồng độ bụi mịn PM2.5 trong ngày theo tháng năm 2018 của TP. Hà Nội
Mặt khác, cũng trên hình 3.4 có thể thấy rằng trong các tháng từ tháng 10 đến tháng 12 và tháng 1 đến tháng 4, nồng độ bụi mịn PM2.5 ở các tháng 10, tháng 11, tháng 1 và tháng 2 cao hơn hẳn các tháng khác. Nguyên nhân có thể do hiện tượng nghịch nhiệt: vào các tháng 10, tháng 11, tháng 1 và tháng 2, bắt đầu có các đợt khơng khí lạnh từ phía Bắc tràn về. Lớp khơng khí lạnh thời điểm này cịn mỏng, nên chúng chìm xuống và chỉ làm giảm nhiệt độ ở những tầng thấp trong khi tầng trên ít mây và vẫn có nắng nên nhiệt độ cao hơn, do đó gây ra hiện tượng nghịch nhiệt, dẫn đến bụi khó khuếch tán lên cao, do đó nồng độ bụi mịn PM2.5 trở nên cao bất thường. Riêng tháng 12, nồng độ bụi thấp hơn so với các tháng mùa đơng, ngun nhân có thể độ ẩm khơng khí trung bình của tháng này thấp hơn các tháng mùa đơng khác (hình
3.5), dẫn đến nồng độ bụi mịn PM2.5 cũng thấp hơn các tháng mùa đơng cịn lại.
Hình 3.5: Diễn biến độ ẩm trong ngày theo tháng năm 2018 của TP. Hà Nội