Luận văn thạc sĩ quản lý môi trường nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng không khí 3d để dự báo chất lượng không khí vùng đông nam bộ và thử nghiệm biểu diễn kết quả trên web

Luận văn thạc sĩ quản lý môi trường nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D dự báo chất lượng không khí Đông Nam Bộ, biểu diễn kết quả trên web.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Ngân
• Người hướng dẫn: TS. Lê Hoàng Nghiêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Quản Lý Môi Trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng không khí 3D để dự báo chất lượng không khí vùng Đông Nam Bộ và thử nghiệm biểu diễn kết quả trên web
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Luận Văn Thạc Sĩ này tập trung vào việc Ứng Dụng Mô Hình 3D để Dự Báo Chất Lượng Không Khí tại khu vực Đông Nam Bộ và Hiển Thị Trên Web. Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống dự báo chất lượng không khí chính xác, giúp người dân khu vực này chủ động phòng tránh các tác động tiêu cực từ ô nhiễm không khí. Nghiên cứu sử dụng các mô hình khí tượng và chất lượng không khí 3D như WRF, CMAQ, và CHIMERE để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm như CO, NO, NO2, O3, và SO2.

1.1. Bối cảnh và ý nghĩa

Khu vực Đông Nam Bộ là một trong những trung tâm kinh tế quan trọng của Việt Nam, nhưng cũng đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển các mô hình dự báo mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Phương pháp tiếp cận

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các nguồn khác nhau, bao gồm dữ liệu khí tượng, địa hình, và phát thải. Các mô hình 3D được sử dụng để mô phỏng và dự báo chất lượng không khí, sau đó kết quả được hiển thị trên một trang web để người dùng dễ dàng truy cập.

II. Mô hình và công nghệ sử dụng

Nghiên cứu sử dụng các Mô Hình 3D như WRF và CMAQ để dự báo chất lượng không khí. Các mô hình này được tích hợp với công nghệ GIS để hiển thị kết quả dự báo trên bản đồ và đồ thị. Trang web được xây dựng trên nền tảng Joomla 2, cho phép người dùng theo dõi chất lượng không khí theo thời gian thực.

2.1. Mô hình khí tượng WRF

Mô hình WRF được sử dụng để tính toán các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, và vận tốc gió. Dữ liệu đầu vào được thu thập từ các nguồn như USGS và UCAR, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình mô phỏng.

2.2. Mô hình chất lượng không khí CMAQ

CMAQ là mô hình quang hóa được sử dụng để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí. Mô hình này được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu quan trắc thực tế, đảm bảo kết quả dự báo chính xác và đáng tin cậy.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống WRF-CMAQ là phù hợp nhất để dự báo chất lượng không khí tại Đông Nam Bộ. Các kết quả dự báo được chuyển đổi thành chỉ số AQI và hiển thị trên trang web, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đưa ra các biện pháp phòng tránh kịp thời.

3.1. Dự báo chất lượng không khí

Kết quả dự báo cho thấy khu vực nội thành thành phố Hồ Chí Minh thường có chỉ số AQI cao hơn so với các khu vực khác. Các khoảng thời gian từ 10:00-14:00 và 19:00-23:00 là thời điểm có chỉ số AQI cao nhất trong ngày.

3.2. Ứng dụng trên web

Trang web 'Dự báo Chất lượng không khí vùng Đông Nam Bộ' được xây dựng để hiển thị các kết quả dự báo dưới dạng bản đồ và đồ thị. Công nghệ GIS được sử dụng để biểu diễn dữ liệu một cách trực quan, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận thông tin.

IV. Đánh giá và kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng Mô Hình 3D để dự báo chất lượng không khí và hiển thị kết quả trên web. Hệ thống này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong quản lý môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu đã góp phần phát triển các phương pháp dự báo chất lượng không khí chính xác hơn, đồng thời tích hợp công nghệ GIS và web để hiển thị kết quả một cách hiệu quả.

4.2. Tiềm năng ứng dụng

Hệ thống dự báo chất lượng không khí này có thể được áp dụng rộng rãi tại các khu vực khác ở Việt Nam, giúp cải thiện công tác quản lý môi trường và nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm không khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.3 MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .4 ĐỐI TƯỢNG VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Khu vực nghiên cứu.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI. 6 CHƯƠNG II .1 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ .1 Khái niệm ô nhiễm môi trường không khí .2 Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí .3 Phân loại các chất gây ô nhiễm môi trường không khí .4 Giới thiệu sơ lược năm chất sẽ khảo sát .2 CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ (AQI) .1 Chỉ số AQI theo U.2 Chỉ số AQI của Quyết định 878/QĐ-TCMT .3 MÔ HÌNH KHÍ TƯỢNG .1 Khái niệm về mô hình khí tượng .2 Lưới tính mô hình khí tượng .3 Các phương trình chuyển động trong mô hình khí tượng .4 Phương pháp tính của mô hình khí tượng.5 Dữ liệu đầu vào mô hình khí tượng .6 Mô hình PSU/NCAR mesoscale model 5 (MM5).7 Mô hình Weather Research and Forecasting (WRF).4 MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ .1 Giới thiệu về mô hình chất lượng không khí .2 Mô hình quang hóa .3 Lưới tính mô hình quang hóa .4 Cơ chế phản ứng của mô hình quang hóa .5 Dữ liệu đầu vào của mô hình quang hóa.6 Mô hình Community Multiscale Air Quality Model (CMAQ) .7 Mô hình Chemistry-transport Multiscale Model (CHIMERE). 45 CHƯƠNG III.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO CLKK .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam .2 QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Phương pháp khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu .2 Phương pháp tổng hợp và phân tích dữ liệu .3 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu.4 Phương pháp mô hình hóa .5 Phương pháp ứng dụng GIS .6 Phương pháp xây dựng trang web để biểu diễn kết quả dự báo .7 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia .4 CÁC PHẦN MỀM TIN HỌC SỬ DỤNG .1 Nhóm phần mềm thống kê – tính toán – xử lý số liệu .2 Nhóm phần mềm soạn thảo và xử lý văn bản .3 Nhóm phần mềm mô hình hóa KT .4 Nhóm phần mềm mô hình hóa CLKK.5 Nhóm phần mềm Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) .6 Nhóm phần mềm thiết kế và lập trình web. 61 CHƯƠNG IV .1 CHẠY MÔ PHỎNG CÁC MÔ HÌNH KT .1 Miền tính và thời đoạn chạy mô phỏng của các mô hình KT .2 Dữ liệu đầu vào của các mô hình KT .3 Quy trình chạy mô phỏng các mô hình KT.4 Kết quả chạy mô phỏng các mô hình KT .5 So sánh kết quả với dữ liệu quan trắc .6 Hiệu chỉnh các mô hình KT và xử lý kết quả .2 CHẠY MÔ PHỎNG CÁC MÔ HÌNH CLKK .1 Miền tính và các thời đoạn chạy mô phỏng của các mô hình CLKK.2 Dữ liệu đầu vào của các mô hình CLKK .3 Quy trình chạy các mô hình CLKK .4 Kết quả chạy mô phỏng các mô hình CLKK .5 So sánh kết quả nồng độ O3 với dữ liệu quan trắc .6 Hiệu chỉnh các mô hình CLKK và xử lý kết quả .1 CHẠY DỰ BÁO CÁC MÔ HÌNH KT .1 Miền tính và thời đoạn chạy dự báo của các mô hình KT .2 Dữ liệu đầu vào của các mô hình KT .3 Quy trình chạy dự báo các mô hình KT.4 Kết quả chạy dự báo các mô hình KT .2 CHẠY DỰ BÁO CÁC MÔ HÌNH CLKK .1 Miền tính và thời đoạn chạy dự báo của các mô hình CLKK .2 Dữ liệu đầu vào của các mô hình CLKK .3 Quy trình chạy dự báo các mô hình CLKK .4 Kết quả chạy dự báo các mô hình CLKK.

125 CHƯƠNG VI .1 TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ .1 Giới thiệu cách tính Chỉ số Chất lượng Không khí .2 Quy trình tính toán Chỉ số Chất lượng Không khí .3 Kết quả tính toán Chỉ số Chất lượng Không khí .2 XÂY DỰNG TRANG WEB DỰ BÁO CLKK CHO KVNC .1 Các hợp phần tạo nên trang web .2 Chức năng của trang web .3 Quy trình xây dựng trang web.4 Giới thiệu kết quả xây dựng trang web .5 Đánh giá sơ lược trang web. 164 CHƯƠNG VII. 167 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 190 -ix- PHỤ LỤC G.

199 -x- DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thang đo giá trị AQI theo U. EPA và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe con người [99] .2 Bảng quy định các mốc giá trị nồng độ khi tính AQI [35] .3 Thang đo giá trị AQI theo Quyết định 878/QĐ-TCMT và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe con người [12] .4 Các giá trị QCx lấy ra từ QCVN 05:2009/BTNMT [1] .5 Các mô hình quang hóa đang được sử dụng và đặc điểm của chúng [30] .6 Các cơ chế quang hóa đang được sử dụng trong các mô hình quang hóa [23].1 Bảng so sánh kết quả giá trị TB ngày của nhiệt độ không khí và vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 với số liệu quan trắc trạm TSH .2 Bảng so sánh kết quả giá trị TB ngày của nhiệt độ không khí và vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 với số liệu quan trắc trạm TSH .3 Bảng so sánh kết quả giá trị TB ngày của nhiệt độ không khí và vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 với số liệu quan trắc trạm TSH .4 Bảng so sánh kết quả giá trị TB ngày của nhiệt độ không khí và vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 với số liệu quan trắc trạm TSH .5 Bảng so sánh kết quả giá trị TB ngày của nhiệt độ không khí và vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 với số liệu quan trắc trạm TSH .6 Các chỉ số so sánh nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 18/01/2006- 21/01/2006 tại trạm TCV .7 Các chỉ số so sánh nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 20/03/2006- 23/03/2006 tại trạm TCV .8 Các chỉ số so sánh nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 21/06/2006- 24/06/2006 tại trạm TCV .9 Các chỉ số so sánh nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 29/08/2006- 01/09/2006 tại trạm TCV .10 Các chỉ số so sánh nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 28/12/2006- 31/12/2006 tại trạm TCV .1 Giá trị áp suất và chiều cao của 29 lớp sigma [26].1 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu suất của các mô hình KT [20].2 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu suất của các mô hình CLKK [36] .1 Các hệ số của cơ chế CBM-IV được sử dụng trong mô hình CLKK CMAQ [21] .1 Các hệ số của cơ chế MELCHIOR được sử dụng trong mô hình CLKK CHIMERE [22]. 188 -xii- DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu Đồ 4.1 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 tại trạm TSH .2 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 tại trạm TSH .3 Hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 tại trạm TSH.4 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 tại trạm TSH .5 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 tại trạm TSH .6 Hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 tại trạm TSH.7 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 tại trạm TSH .8 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 tại trạm TSH .9 Hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 tại trạm TSH.10 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 tại trạm TSH .11 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 tại trạm TSH .12 Hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 tại trạm TSH .13 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 tại trạm TSH .14 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 tại trạm TSH .15 Hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 tại trạm TSH .16 Nồng độ O3 thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 tại trạm TCV .17 Nồng độ O3 thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 tại trạm TCV .18 Nồng độ O3 thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 tại trạm TCV .19 Nồng độ O3 thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 tại trạm TCV .20 Nồng độ O3 thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 tại trạm TCV .21 Biểu đồ tương quan nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 18/01/2006-21/01/2006 tại trạm TCV .22 Biểu đồ tương quan nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 20/03/2006-23/03/2006 tại trạm TCV .23 Biểu đồ tương quan nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 21/06/2006-24/06/2006 tại trạm TCV .24 Biểu đồ tương quan nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 29/08/2006-01/09/2006 tại trạm TCV .25 Biểu đồ tương quan nồng độ O3 mô phỏng và quan trắc thời đoạn 28/12/2006-31/12/2006 tại trạm TCV .1 Diễn biến áp suất không khí thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .2 Diễn biến nhiệt độ không khí thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .3 Diễn biến nhiệt độ mặt đất thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .4 Diễn biến vận tốc gió ở độ cao 10 m thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .5 Diễn biến hướng gió ở độ cao 10 m thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .6 Diễn biến nồng độ CO thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .7 Diễn biến nồng độ NO thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .8 Diễn biến nồng độ NO2 thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .9 Diễn biến nồng độ O3 thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .10 Diễn biến nồng độ SO2 thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh .1 Diễn biến giá trị AQI thời đoạn 24/02/2012-26/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh (phương pháp giá trị cực đại).2 Diễn biến giá trị AQI thời đoạn 24/02/2012-27/02/2012 tại vị trí UBND thành phố Hồ Chí Minh (phương pháp căn tổng bình phương). 140 -xiv- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khu vực nghiên cứu [50] .1 Hệ tọa độ tính toán của mô hình Lagrange [38] .2 Hệ tọa độ tính toán của mô hình Euler [38] .1 Sơ đồ quy trình thực hiện đề tài.1 Vị trí miền tính của các mô hình KT và các mô hình CLKK.2 Sơ đồ tóm tắt quy trình chạy mô phỏng trên mô hình MM5 và WRF .3 Vị trí trạm quan trắc KT Tân Sơn Hòa [65] .4 Kết quả nhiệt độ không khí thời điểm 15 giờ ngày 19/01/2006 tại KVNC từ mô hình MM5 và WRF .5 Kết quả vận tốc gió và hướng gió ở độ cao 10 m thời điểm 15 giờ ngày 19/01/2006 tại KVNC bằng mô hình MM5 và WRF .