داده‌کاوی ذرات معلق (PM2.5) با استفاده از PCA در اصفهان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سهراب هاشمی نژاد 1
سمانه شهرابی فراهانی 2
رضا پیکان پور فرد 1
1 دانشجوی دکتری گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
2 کارشناسی ارشد گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
10.22034/el.2025.497448.1037
چکیده
دلایل مختلفی مانند فعالیت‌های صنعتی، افزایش جمعیت انسانی و مصرف سوخت‌های فسیلی به‌ویژه در ساعات شلوغی شهری و منابع طبیعی می‌تواند غلظت ذرات PMs را به میزان قابل توجهی افزایش دهد که عمدتاً از طریق سیستم تنفسی وارد بدن انسان می‌شود. با گسترش روز به روز داده و اطلاعات در این حوزه بسیاری از تصمیم‌گیری‌ها در فقر اطلاعات مناسب انجام می‌شود. بهتر است با علم داده کاوی به استخراج دانش و فشرده سازی اطلاعات دست زد تا بتوان بهترین تصمیم‌گیری‌ها را در حوزه محیط زیست داشته باشیم. در رابطه با PM2.5 شهر اصفهان یکی از سودمندترین اطلاعات ماهیت و منشا هر ایستگاه سنجش PM2.5 است. به عبارتی بهتر اینکه ایستگاه‌های شهر اصفهان تا چه اندازه تحت تاثیر عوامل مختلف هستند و طبقه بندی ایستگاه‌ها از لحاظ منشا به چه صورت است. برای این منظور از ابزار آماری PCA کمک گرفته شد. در این مطالعه‌ ایستگاه‌های شهری پروین، خرازی، رودکی، احمد آباد و استانداری به احتمال زیاد احتراق سوخت فسیلی در بخش حمل و نقل و گرمایشی ساختمان‌ها حاصل می‌گردد. در خیابان‌ استانداری به دلیل ترافیک سنگین در هسته مرکزی شهر، همچین مساحت نسبتا زیاد فضای سبز و نقش آن در ترسیب و انباشت ذرات در این نقطه نیازمند توجه زیادی است. دشت سگزی با توجه به فرسایش بادی شدید در این منطقه عمده ذرات مربوط به منشا طبیعی بوده و با راهکار‌های مدیریتی در کاهش فرسایش بادی مانند مالچ‌پاشی یا اقدامات کاشت گیاهان مرتعی در این منطقه از پراکنش ذرات جلوگیری کرد. منطقه مبارکه که یکی از کانون‌های صنعتی اصفهان است عمده‌ی ذرات در این منطقه منشا فعالیت‌های صنعتی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Data mining of particulate matter (PM2.5) using Principal Component Analysis (PCA) in Isfahan

نویسندگان English

Sohrab Hasheminejad 1
Samane Shahrabi 2
Reza Peykanpour Fard 1
1 PhD candidate, Department of Natural Resources, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
2 MSc Environmental Sciences, Faculty of Natural Resources, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده English

Elevated concentrations of particulate matter (PMs), particularly PM2.5, are significantly influenced by various anthropogenic activities, including industrial processes, population growth, and fossil fuel combustion, especially during peak urban hours. The burgeoning volume of environmental data often leads to crucial decisions being made with inadequate information. Data mining techniques offer a powerful approach to extract knowledge, compress data, and facilitate informed environmental decision-making. Regarding PM2.5 in Isfahan, understanding the characteristics and origins of each monitoring station is paramount. Specifically, determining the influence of various factors on each station and classifying them based on pollution source is crucial. Principal Component Analysis (PCA) was employed for this purpose. This study suggests that the urban stations (Parvin, Kharazi, Rodki, Ahmadabad, and Ostandari) are likely heavily influenced by fossil fuel combustion from transportation and building heating. The Estandari station, located in the city center with high traffic density, requires special attention due to its relatively large green space, which may influence particulate deposition and accumulation. The Segzi plain, characterized by severe wind erosion, predominantly exhibits PMs of natural origin. Mitigation strategies, such as mulching or afforestation with drought-resistant plants, are necessary to reduce wind erosion and subsequent particulate dispersion. Finally, the Mubarakeh area, a significant industrial hub in Isfahan, displays PMs primarily originating from industrial activities.

کلیدواژه‌ها English

Data mining
PCA
PM2.5
Isfahan
  1. اداره کل هواشناسی استان اصفهان. 1397. گزارش کیفیت هوای ایستگاه سنجش آلاینده‌ها در هواشناسی اصفهان در سال 1396. مرکز تحقیقات هواشناسی کاربردی اصفهان.
  2. بشیری خوزستانی، ر.؛ سوری، ب.؛ بابایی فر، ل. و ماجدی، س. ارزیابی سطح خطر آلودگی به آرسنیک در گردوغبار غرب ایران با استفاده از شاخص Geo_Accumulation . پنجمین همایش ملی مهندسی محیط‌زیست. تهران. ایران.
  3. دنیایی، ا. 1396. ارزیابی فلزات سنگین (Pb,Fe,Cu)در ریزگردهای شرق ایران) مطالعه موردی: شهر بیرجند، استان خراسان جنوبی(. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، ایران. 102 ص.
  4. کریمیان، ب.؛ لندی، ا.؛ حجتی، س. و احدیان، ج. 1395. بررسی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و کانی‌شناسی گردوغبار شهر اهواز. تحقیقات آب و خاک ایران. 74 : 173-159.
  5. هاشمی نژاد، س.؛ سلیمانی، م. و مرادی، ح. 1401. پایش زیستی و منشایابی هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای هوای شهر اصفهان با استفاده از پوسته درخت کاج تهران (Pinus eldarica)، دهمین همایش مدیریت آلودگی هوا و صدا،تهران، https://civilica.com/doc/1638118

 

  1. Al-Hurban, A. E. & Al-Ostad, A. N. 2010. Textural characteristics of dust fallout and potential effect on public health in Kuwait City and suburbs. Environmental Earth Sciences. 60(1):169-181.
  2. Arimoto, R. 2001. Eolian dust and climate: relationships to sources, tropospheric chemistry, transport and deposition. Earth-Science Reviews. 54(1-3):29-42.
  3. Collins, A. L. & Walling, D. E. 2004. Documenting catchment suspended sediment sources: problems, approaches and prospects. Progress in Physical Geography. 28(2):159-196.
  4. Coz, E.; Gómez-Moreno, F. J.; Pujadas, M.; Casuccio, G. S.; Lersch, T. L. & Artíñano, B. 2009. Individual particle characteristics of North African dust under different long-range transport scenarios. Atmospheric Environment. 43(11):1850-1863.
  5. Engelstaedter, S.; Tegen, I. & Washington, R. 2006. North African dust emissions and transport. Earth-Science Reviews. 79(1-2):73-
  6. Escudero, M.; Querol, X.; Pey, J.; Alastuey, A.; Pérez, N.; Ferreira, F.; Alonso, S.; Rodríguez, S. & Cuevas, E. 2007. A methodology for the quantification of the net African dust load in air quality monitoring networks. Atmospheric Environment. 41(26):5516-5524.
  7. Fang, L.; Xu, C.; Li, J.; Borggaard, O. K. & Wang, D. 2017. The importance of environmental factors and matrices in the adsorption, desorption, and toxicity of butyltins: a review. Environmental Science and Pollution Research. 24(10):9159-9173.
  8. Goossens, D. 2007. Bias in grain size distribution of deposited atmospheric dust due to the collection of particles in sediment catchers. Catena. 70(1):16-24.
  9. Hojati, S.; Khademi, H.; Faz Cano, A. & Landi, A. 2012. Characteristics of dust deposited along a transect between central Iran and the Zagros Mountains. Catena. 88(1):27-36.
  10. Mctainsh, G.; Nickling, W. & Lynch, A. 1997. Dust deposition and particle size in Mali, West Africa. Catena. 29(3-4):307-322.
  11. Melaku, S.; Morris, V.; Raghavan, D. & Hosten, C. 2008. Seasonal variation of heavy metals in ambient air and precipitation at a single site in Washington, DC. Environmental Pollution. 155(1):88-98.
  12. Nayeb Yazdi M, Delavarrafiee M, Arhami M. 2015. Evaluating near highway air pollutant levels and estimating emission factors: Case study of Tehran, Iran. Sci Total Environ. 2015; 538:375–84.
  13. Rashki, A.; Eriksson, P. G.; Rautenbach, C. J.; Kaskaoutis, D. G.; Grote, W. & Dykstra, J. 2013. Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region, Iran. Chemosphere. 90(2):227-236.
  14. Sohrabpour, M.; Mirzaee, H.; Rostami, S. & Athari, M. 1999. Elemental concentration of the suspended particulate matter in the air of Tehran. Environment International. 25(1):75-81.
  15. Soleimani, M.; Amini, N.; Sadeghian, B.; Wang, D. & Fang, L. 2018. Heavy metals and their source identification in particulate matter (PM2.5) in Isfahan City, Iran. Journal of Environmental Sciences. 72:166-175.
  16. Tagliani, S. M.; Carnevale, M.; Armiento, G.; Montereali, M. R.; Nardi, E.; Inglessis, M.; Sacco, F.; Palleschi, S.; Rossi, B. & Silvestroni, L. 2017. Content, mineral allocation and leaching behavior of heavy metals in urban PM2. 5. Atmospheric Environment. 153:47-60.
  17. Tomadin, L.; Lenaz, R.; Landuzzi, V.; Mazzucotelli, A. & Vannucci, R. 1984. Wind-blown dusts over the central Mediterranean. Oceanologica Acta. 7(1):13-23.
  18. Wall, G. & Wilding, L. 1976. Mineralogy and related parameters of fluvial suspended sediments in northwestern Ohio. Wiley Online Library.
  19. Walling, D. & Collins, A. 2000. Integrated assessment of catchment sediment budgets: A technical manual, School of Geography and Archaeology, University of Exeter.
  20. Walling, D. 2005. Tracing suspended sediment sources in catchments and river systems. Science of the Total Environment. 344(1-3):159-184.
  21. Wilke, B.; Duke, B. & Jimoh, W. 1984. Mineralogy and chemistry of Harmattan dust in northern Nigeria. Catena. 11(1):91-96.
  22. World Health Organization .2022. Air pollution. https://www.who.int/health-topics/air-pollution#tab=tab_1. (Last accessed on 6 Januery 2022).
  23. Xuan, J. 2005. Emission inventory of eight elements, Fe, Al, K, Mg, Mn, Na, Ca and Ti, in dust source region of East Asia. Atmospheric Environment. 39(5):813-821.
اکولوژی انسانی
دوره 3، شماره 7
تابستان 1403
صفحه 520-529