từ Trung Quốc
Hình 33. Phân bố phát thải SO2, NO2 năm 2010 bỏ qua số liệu phát thải
từ Việt Nam
Số liệu khí tƣợng: Hầu hết các mơ hình chất lƣợng khơng khí nhận đầu vào khí tƣợng theo các ô lƣới vuông. Do vậy, cần là xây dựng cơ sở dữ liệu khí tƣợng theo các ô lƣới cho tồn bộ miền tính. Hiện nay có rất nhiều mơ hình khí tƣợng cung cấp đầu vào cho mơ hình lan truyền ơ nhiễm khơng khí nhƣ WRF, MM5, ETA, … Nghiên cứu này đã sử dụng đầu ra từ mơ hình WRF (Weather Reseach and Forecast) làm đầu vào cho mơ hình chất lƣợng khơng khí CMAQ. Đây là một trong
những mơ hình khí tƣợng tân tiến và chính xác nhất hiện nay. Mơ hình WRF đƣợc xây dựng bởi Trung Tâm Nghiên Cứu Khí Tƣợng Hoa Kỳ (NCAR) với đóng góp của nhiều cơ quan khí tƣợng và đại học ở Hoa Kỳ cũng nhƣ trên thế giới. Mơ hình WRF đang đƣợc nhiều cơ quan chính phủ (nhƣ Cơ quan Khí Tƣợng Hoa Kỳ và NASA) cũng nhƣ nhiều đại học danh tiếng ở Hoa Kỳ và các quốc gia khác trên thế giới nhƣ tại Âu Châu, Hồng Kông và Đài Loan, … dùng để làm dự báo thời tiết. Tại Việt Nam, mơ hình WRF đƣợc nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiều cơ quan dự báo khí tƣợng, các trƣờng đại học và các viện nghiên cứu, tạo thuận lợi trong việc hiệu chỉnh, kiểm định, kiểm sốt độ chính xác đầu ra từ mơ hình.
3.3 Kiểm định mơ hình
Nồng độ các chất ơ nhiễm trong khơng khí phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khí tƣợng nhƣ: nắng, mƣa ảnh hƣởng tới các quá trình lắng đọng, nhiệt, bức xạ ảnh hƣởng tới các phản ứng quang hóa, gió ảnh hƣởng tới q trình lan truyền, vận chuyển của các chất ô nhiễm trong khơng khí …vv. Với những đặc tính phức tạp của điều kiện thời tiết, khí hậu theo miền tính rộng lớn bao trùm cả phần lớn các nƣớc Châu Á, việc đánh giá kết quả và hiệu chỉnh mơ hình lan truyền ơ nhiễm khơng khí cho gặp rất nhiều khó khăn. Do vậy, để đánh giá kết quả của các chất ơ nhiễm khơng khí theo khơng gian và thời gian, kết quả nghiên cứu, đánh giá cho 2 tháng liên tục đã đƣợc thực hiện (tháng 1/2010) đặc trƣng cho mùa đông và (tháng 7/2010) đặc trƣng cho mùa hè. Nồng độ thực đo từ các trạm quan trắc tự động và số liệu ảnh vệ tinh sẽ đƣợc so sánh với kết quả tính tốn từ mơ hình.
a) Kiểm định bằng số liệu trạm tự động
Để đánh giá mức độ tin cậy của mơ hình, các số liệu quan trắc trung bình giờ tại Trạm Nguyễn Văn Cừ trong năm 2010 sẽ đƣợc so sánh với các nồng độ tính tốn từ mơ hình CMAQ ở tọa độ của trạm này.
Hình 34. Nồng độ CO trung bình giờ thực đo và mơ hình tại trạm Nguyễn Văn Cừ - Hà Nội; tháng 1 (trên), tháng 7 (dƣới)
Kết quả so sánh nồng độ CO giữa tính tốn và thực đo đƣợc trình bày trong (Hình 34). Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng mô phỏng nồng độ CO từ mơ hình CMAQ theo khơng gian và thời gian khá tốt. Số liệu phân bố CO tại trạm Nguyễn Văn Cừ đều phù hợp với giá trị thực đo. Kết quả cũng cho thấy nồng độ các chất khí lớn hơn ứng với thời tiết hanh khô (tháng 1) và nhỏ hơn vào mùa mƣa (tháng 7). Do các chất khí mùa mƣa thƣờng bị lắng đọng nhiều hơn nên cả giá trị nồng độ và mức độ phát tán của các khí cũng nhỏ hơn so với các tháng mùa khơ.
Hình 35. Nồng độ SO2 trung bình giờ thực đo và mơ hình tại trạm Nguyễn Văn Cừ - Hà Nội; tháng 1 (trên), tháng 7 (dƣới)
Kết quả so sánh nồng độ SO2 giữa tính tốn và thực đo đƣợc trình bày trong (Hình 35). Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng mô phỏng SO2 bằng hệ thống mô hình chất lƣợng khơng khí đa quy mơ CMAQ tƣơng đối tốt, phân bố nồng độ SO2 tại trạm quan trắc Nguyễn Văn Cừ đều phù hợp với số liệu thực đo. Vào tháng 7, do số liệu từ trạm quan trắc quá thấp và không phù hợp nên kết quả không đƣợc so sánh với mơ hình. Nhƣ chúng ta đã biết, nồng độ các chất ơ nhiễm trong khơng khí chịu sự tác động rất lớn từ các yếu tố khí tƣợng. Kết quả cũng cho thấy vào mùa đông nồng độ cao hơn mùa hè, nguyên nhân là do vào mùa đông Miền Bắc Việt Nam chịu ảnh hƣởng của gió mùa Đơng Bắc vận chuyển các chất sang Việt Nam. Mức độ ảnh hƣởng cụ thể sẽ đƣợc trình bày trong các phần dƣới.
Hình 36. Nồng độ NO2 trung bình giờ thực đo và mơ hình tại trạm Nguyễn Văn Cừ - Hà Nội; tháng 1 (trên), tháng 7 (dƣới)
Kết quả (Hình 36) cho ta thấy sự phân bố nồng độ NO2 và SO2 trong khu vực nghiên cứu. Từ hình vẽ ta thấy, biến trình và giá trị nồng độ các chất khí giữa quan trắc và mơ hình khá phù hợp. Tại trạm Nguyễn Văn Cừ, biến trình giao động của NO2 từ 15 đến 180 g/m3
. Giá trị nồng độ từ mơ hình thƣờng thấp hơn giá trị quan trắc. Nguyên nhân do số liệu phát thải làm đầu vào cho mơ hình đƣợc kiểm kê bởi Trung Tâm Nghiên cứu Biến đổi Tồn cầu (FRCGC), Nhật Bản có thể chƣa đƣợc kiểm kê đầy đủ. Bên cạnh đó, trạm Nguyễn văn Cừ thuộc mạng lƣới trạm môi trƣờng Quốc gia nhƣng đặt sát đƣờng giao thông nên các giá trị nồng độ quan trắc đƣợc khá cao do ảnh hƣởng cục bộ từ các hoạt động giao thông trên đƣờng Nguyễn Văn Cừ và mạng lƣới đƣờng giao thông lân cận trên địa bàn Quận Long Biên. Mức
độ chính xác của mơ hình phụ thuộc chủ yếu vào kết quả kiểm kê phát thải và số liệu từ mạng lƣới trạm quan trắc mơi trƣờng khơng khí tự động.
b) Kiểm định mơ hình bằng ảnh vệ tinh
Với miền tính lớn, ngồi việc kiểm định mơ hình với kết quả quan trắc, nghiên cứu đã sử dụng ảnh vệ tinh Aura – OMI để kiểm định phân bố phát thải của các chất theo khơng gian. Mơ hình CMAQ cho phép tính tốn phát thải theo độ cao phụ thuộc vào các lớp đƣợc xây dựng từ mơ hình khí tƣợng. Trong nghiên cứu này, miền tính đƣợc xây dựng theo 6 lớp độ cao: 0,995 (38m), 0,985 (114m), 0,970 (230m), 0,945 (425m), 0,91 (705m), 0,865 (1077m). Kết quả phân bố phát thải đƣợc tích phân theo các lớp độ cao để có thể so sánh với tổng cột các chất khí từ ảnh vệ tinh.
Để so sánh kết quả phân bố NO2 từ mơ hình và kết quả ảnh vệ tinh cho các mùa trong năm, trong nghiên cứu đã chọn các tháng 1, 4, 7, 10 năm 2010 để đại diện cho các mùa đông, xuân, hè, thu.
(a) (b)
Hình 37. Phân bố NO2 tháng 1/2010 từ vệ tinh (a) và từ mơ hình (b)
Hình 37 thể hiện NO2 tổng cột trung bình giờ tháng 1 năm 2010 từ ảnh vệ tinh (bên trái) và từ kết quả mơ hình (bên phải). Thời gian từ ảnh vệ tinh bắt đầu từ 01/01/2010 đến 31/01/2010, ảnh đƣợc chụp vào 13 giờ 45 phút hàng ngày; thời gian từ mơ hình theo từng giờ, bắt đầu 0 giờ ngày 01/01/2010 đến 0 giờ ngày
31/01/2010. Phân bố cho thấy kết quả từ mơ hình khá phù hợp với phân bố từ kết quả ảnh vệ tinh Aura – OMI. Phát thải tập trung lớn ở phía Đông Bắc của Trung Quốc, Bán Đảo Triều Tiên và Đài Loan.
(a) (b)
Hình 38. Phân bố NO2 tháng 4/2010 từ vệ tinh Aura-OMI (a) và từ mơ hình (b)
(a) (b)
Hình 39. Phân bố NO2 tháng 7/2010 từ vệ tinh Aura-OMI (a) và từ mơ hình (b) Kết quả cho thấy nồng độ NO2 lớn nhất vào mùa đông và nhỏ nhất vào mùa hè. Phân bố nồng độ cũng cho thấy kết quả khá phù hợp giữa mơ hình và ảnh vệ tinh. Với nguồn dữ liệu phong phú và đa dạng, ảnh vệ tinh sẽ là nguồn cung cấp dữ
liệu phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định kết quả các mơ hình chất lƣợng khơng khí hiện nay, đặc biệt là phân bố phát thải theo khơng gian.
(a) (b)
Hình 40. Phân bố NO2 tháng 10/2010 từ vệ tinh Aura-OMI (a) và từ (b) Có thể thấy rằng, với những khu vực khơng có số liệu hoặc khơng có sự đồng nhất giữa các số liệu quan trắc thì ảnh vệ tinh đƣợc xem nhƣ một cơng cụ đắc lực đánh giá chất lƣợng khơng khí, đặc biệt là các khu vực có quy mơ lớn.
(a) µg/cm2 (b)
Hình 41 thể hiện phân bố nồng độ SO2 tổng cột trung bình tháng 01 năm 2010 từ ảnh vệ tinh Aura-OMI và từ kết quả mơ hình CMAQ. Phát thải từ mơ hình cho kết quả khá bé so với ảnh vệ tinh. Ngun nhân có thể do mơ hình CMAQ chỉ đƣợc thực hiện theo 6 lớp với độ cao lớp cuối cùng là 1077m. Việc thực hiện ứng dụng mơ hình CMAQ ở tồn bộ tầng đối lƣu gặp rất nhiều khó khăn do việc kiểm kê phát thải ở các độ cao khác nhau còn gặp nhiều hạn chế.
(a) µg/cm2 (b)
Hình 42. Phân bố SO2 tháng 04/2010 từ vệ tinh Aura OMI (a) và từ (b)
(a) µg/ cm2 (b)
(a) µg/cm2 (b)
Hình 44. Phân bố SO2 tháng 10/2010 từ vệ tinh Aura OMI (a) và từ (b)
Kết quả phân bố SO2 trung bình tháng từ ảnh vệ tinh có giá trị lớn hơn từ kết quả mơ hình. Tuy nhiên, phân bố SO2 từ 2 hình khá phù hợp ở những khu vực có phân bố phát thải lớn. Kết quả của 2 phƣơng pháp cho thấy nồng độ trung bình tháng 1/2010 lớn hơn các tháng 4, 7, 10/2010.
3.4 Mơ hình hóa q trình lan truyền ơ nhiễm khơng khí xun biên giới
Để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của ơ nhiễm khơng khí xun biên giới đến Miền Bắc Việt Nam bằng phƣơng pháp mô hình, chủ yếu ảnh hƣởng từ các tỉnh phía Đơng Nam của Trung Quốc vào các tháng mùa Đơng. Mơ hình đƣợc tính tốn theo các kịch bản: phát thải đầy đủ, phát thải Trung Quốc bằng 0 và phát thải Việt Nam bằng 0.
a) Phát thải đầy đủ
Tháng 1 Tháng 4
Tháng 7 Tháng 10