So sánh kết quả đo tại các vị trí nghiên cứu với một số nơi trên thế giới, nghiên cứu nhận thấy nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh có nhiều đặc điểm khác biệt so với nhiều đô thị lớn trên thế giớị Nồng độ ozone trong các nghiên cứu trên thế giới và trong đề tài được thể hiện trong
Bảng 3. 2 nhằm cho thấy sự khác biệt.
Tại thành phố Hồ Chí Minh biến đổi của ozone khác biệt giữa mùa mưa và mùa khô thay vì xu hướng bốn mùa trong năm. Sự khác biệt này xảy ra bởi điều kiện vị trí địa lý của thành phố Hồ Chí Minh so với các vùng khác. Giá trị ozone trung bình 24h trong mùa khô tại thành phố Hồ Chí Minh tương đương với giá trị ozone lớn theo mùa của nhiều thành phố lớn như Nam Kinh (Trung Quốc), Tokyo (Nhật Bản). Thậm chí nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh cao hơn rất nhiều nếu lấy các vị trí Linh Trung và Thảo Cầm Viên để so sánh.
Một đặc điểm khác là khoảng dao động nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh lớn (vị trí Thảo Cầm Viên, 0.00 - 150.50 ppb). Giá trị trung bình cao và khoảng biến thiên giá trị lớn có thể là kết quả của các yếu tố. Trong đó vị trí địa lý ở vĩ độ thấp (10.80 B) là yếu tố quan trọng vì nhận được nhiều bức xạ mặt trời, cường độ bức xạ mạnh (3.95 kWh/m2ngày) và thay đổi lớn trong ngày khiến ozone thay đổi mạnh. Nhiệt độ cao cũng là một nguyên nhân thúc đẩy quá trình hình thành ozone tại thành phố Hồ Chí Minh thông qua thúc đẩy chuỗi phản ứng quang hóạ
Mỗi thành phố, khu vực có đặc trưng riêng về vị trí địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hộị Đồng thời các nghiên cứu ở các khu vực trên và trong nghiên cứu này có những điểm khác nhau về thời gian, phương pháp, điều kiện đo đạc nên việc so sánh còn hạn chế. Để tìm hiểu thêm về sự khác biệt cần nghiên cứu chi tiết hơn mà trong điều kiện của mình nghiên cứu chưa thể thực hiện được.
Tuy nhiên, từ những kết quả trên có thể rút ra một số nhận định về đặc điểm của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh.
• Khoảng dao động giá trị trong thời gian nghiên cứu từ 0.00 dến 155.50 ppb.
• Nồng độ trung bình ngày trong thời gian từ tháng 03 - 05/2012 cao nhất đo được tại Thảo Cầm Viên (105.67 ± 23.15 ppb), tại Linh Trung, Nguyễn Văn Cừ, Nhà Bè nồng độ trung bình lần lượt là 79.48 ± 12.19 ppb, 27.51 ± 7.16 ppb, 23.86 10.43 ppb. Nồng độ có xu hướng cao về phía Tây Bắc thành phố.
Vị trí Khu
vực Thời gian, xu hướng Vĩ độ
Trung bình Max Min Nguồn
(ppb)
Buenos Aires, Argentina Đt 08-09/2001 34.620 N 20-30 40 10 [611
Thái Lan R 1996-2001 18.280 B 27.0 56 - [591 Nagoya, Nhật Bản Đt 1991-2001 35.170 B 60 0 [761 Vb 1991-2001 100 0 Tokyo, Kanto, Nhật Bản Đt 1985-2005, 7 h - 19h 35.70 B 29-51 [691 Giza Ai Cập Đt 2005, Mùa xuân 30.00 B 29.69 35.60 25.20 [441 2005, Mùa hè 47.80 56.40 37.60 2005, Mùa thu 64.00 77.46 51.30 2005, Mùa đông 42.70 51.10 33.60 2005, Năm 46.10 77.47 25.20
Tây Ban Nha Vb Ngày, tháng, mùa 40.40 B 150* 10* [241
Gothenburg, ThụyĐiển Đt 2002-2006 57.70 B 80 0 [701
Haryana, Ân Độ Đt 10/2004 29.00 B 33.4 ± 9.6 [481
Nam Kinh, Trung Quốc Đt
2000, Mùa xuân 32.10 B 27.0 ± 20.6 [911 2000, Mùa hè 22.8 ± 19.4 2000, Mùa thu 18.4 ± 16.7 2000, Mùa đông 14.1 ± 12.9
Tai Chung, Trung Quốc Đt 2007 24.230 B 182 [171
Tap Mun, Trung Quốc
Nt 1999-2000 22.30 B
34
[851
Tung Chung, Trung Quốc 20
Tsuen Wan, Trung Quốc 12
Jinan, Trung Quốc Đt
2003, Mùa hè 36.660 B 43.39 [811 2003, Mùa thu 22.13 2003, Mùa đông 14.43 2004, Mùa xuân 38.35 Thảo Cầm Viên, tp HCM Đt 03-04/2012, 08h-16h 10.80 B 105.67 ± 23.15 150.5 64.4 Linh Trung, tp HCM Đt 03-04/2012, 08h-16h 79.48 ± 12.19 96.02 54.1 Nhà Bè, tp HCM Đt 04-05/2012, 08h-16h 23.86 ± 10.43 43.3 10.2
Nguyễn Văn Cừ, tp HCM Đt 11/2011-03/2012, Mùa khô
26.17 ± 19.49 133.25 0.00
10/2011 & 04/2012, Mùa mưa 17.27 ± 13.49 103.75 0.00 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Vào đầu tuần ozone có xu hướng cao hơn các ngày khác trong khi giữa các ngày trong tuần và chủ nhật không có sự khác biệt đáng kể. Trong khi đó hình thái thay đổi ozone của ngày chủ nhật khác biệt với các ngày khác.
• Hình thái biến đổi và nồng độ ozone giữa các tháng có sự khác biệt rõ ràng trong đó cao nhất là tháng 12/2011, thấp nhất là tháng 10/2011 và tháng 04/2012. Sự biến đổi của ozone liên quan đến sự thay đổi của thời tiết trong thời gian nghiên cứụ
• Dù có sự khác biệt về nồng độ và hình thế biến đổi nhưng quy luật biến đổi chung trong ngày của ozone vẫn là thấp nhất vào thời gian từ 5h-6h sáng sau đó tăng nhanh chóng. Cực đại trong ngày của ozone xuất hiện sau 11h đến 13h , thay đổi trước hoặc sau khoảng thời gian này tùy theo điều kiện của từng tháng. Sau đó giảm dần về chiều cho tới sáng hôm saụ
• Nồng độ ozone tại vị trí quan trắc lớn hơn nhiều thành phố lớn trên thế giới và khoảng biến động trong ngày cũng lớn hơn.
3.2. Ảnh hưởng của các chất tiền thân đến sự hình thành ozone 3.2.1. Quan hệ biến đổi giữa nồng độ ozone và NOx
Quá trình hình thành và phân hủy ozone trong tầng đối lưu cơ bản phụ thuộc vào NO và NO2 thông qua các phản ứng:
NO2 + hv (L<420 nm) — NO + O(3P) O(3P) + O2 + M — O3 + M
NO + O3 —— NO2 + O2
Sự biến đổi của NO và NO2 sẽ liên quan đến sự biến đổi của ozone, do đó NO và NO2 được đo đồng thời với ozone và được phân tích để tìm hiểu mối quan hệ giữa chúng. Kết quả phân tích cho thấy động thái biến đổi của NO và NO2 với ozone có liên hệ với nhau nhưng là liên hệ nghịch. Trong Hình 3. 8 cho thấy mối quan hệ giữa các chất trong ngày theo các ngàỵ
Hình 3. 8 (a) thể hiện chung nhất quan hệ biến đổi của các chất trong suốt thời gian
nghiên cứụ Các giai đoạn tăng của ozone tương ứng với các giai đoạn giảm của NO, NO2
và ngược lại vào các giai đoạn tăng của NO, NO2 nồng độ ozone giảm. Khi phân tách chuỗi số liệu theo từng ngày trong tuần (Hình 3. 8-b, c, d), tương quan biến đổi này vẫn tương đồng. Tương quan biến đổi này có thể giải thích như sau:
Vào thời gian từ 4h - 8h, phát thải NOx tăng mạnh vì đây là thời gian cao điểm của thành phố, các nguồn phát thải tăng mạnh trong đó nguồn giao thông góp phần đáng kể. Phát thải NOx từ giao thông chủ yếu là NO, NO nhanh chóng phản ứng với ozone trong không khí khiến NO2 tăng và ozone giảm xuống nhanh chóng.
Hình 3. 8: Sự thay đổi NO, NO2, NOx và O3 theo ngày (hình a), trong ngày chủ nhật (hình b), trong ngày thứ hai (hình c) và các ngày từ thứ ba đến thứ bảy (hình d)tại vị trí Nguyễn Văn Cừ.
Sau thời gian này, quá trình phân ly quang hóa của NO2 dưới tác dụng của bức xạ mặt trời ngày càng lúc càng mạnh. NO2 bị quang phân để hình thành O(3P) từ đó hình thành ozonẹ Càng về trưa quá trình quang phân càng mạnh và cực đại giữa trưa sau đó giảm dần về chiềụ Ta thấy đường thay đổi NO2 vào ban ngày theo đường cong và giảm thấp nhất trong ngày vào khoảng 12 h.
NO2 + hu (L<420 nm) ^ NO + O(3P) O(3P) + O2 + M ^ O3 + M
Sau đó NO2 tăng dần do quá trình quang phân giảm. Quá trình hình thành ozone giảm và quá trình phân hủy ozone vẫn diễn ra giúp NO2 phục hồi và tăng lại trong khi ozone giảm. Từ 18 h trở đi quá trình quang phân không còn, ozone bị phân hủy do NO và tham gia các phản ứng với NO2 để tạo các gốc tự do oxy hóa vào ban đêm như gốc tự do nitratẹ Chính điều này tạo nguồn HÔ khởi tạo các phản ứng quang hóa vào buổi sáng.
NO2 + O3 NO3^ + O2
NO3 (pha nước) + H2°^ HNO3 + HO (pha nước)
Xem xét tương quan nồng độ NO, NO2, O3 là thấy NO luôn duy trì ở mức thấp và ổn định. Trong khi NO là phát thải chủ yếu của NOx nhưng NO đo được luôn ở mức thấp hơn NO2. Điều này cho thấy một lượng NO lớn này đã bị chuyển thành NO2. Sự chuyển hóa NO sang NO2 xảy ra nhanh chóng như vậy là nhờ các gốc tự do ROÔ, HOÔ bởi tốc độ phản ứng của NO với O2 rất chậm. Trong trường hợp NO chỉ phản ứng với ozone, nồng độ ozone sẽ không tăng cao mà giảm đi do tốc độ phản ứng NO với O3 theo lý thuyết nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ quang phân NO2.
ROÔ + NO ^ RÔ + NO2 HOÔ + NO ^ HÔ + NO2
Từ những phân tích trên chỉ ra rằng, trong không khí tại thành phố Hồ Chí Minh tồn tại lượng lớn CO và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơị Và qua các phản ứng quang hóa đã hình thành các gốc tự do ROÔ, HOỘ Sự dồi dào các gốc tự do này giữ nồng độ NO ở mức thấp giúp ozone không bị phân hủy mà còn gia tăng nhờ quá trình quang phân của NO2. Để làm rõ hơn ảnh hưởng của CO, VOCs đến sự gia tăng nồng độ ozone nghiên cứu tiến hành phân tích thông qua tỉ lệ NO/NO2 giữa điều kiện thải bình thường và tỉ lệ NO/NO2 trong trạng thái cân bằng tự nhiên của NO-NO2-O3.