كاربرد روش رگرسيون كاربري اراضي (lur) در مدل‌سازي فضايي آلاينده‌هاي هوا در شهر اصفهان

Application of a land use regression (LUR) model to the spatial modelling of air pollutants in Esfahan city

سابقه و هدف: يكي از معضلات مهم كلان‌شهرها، ازجمله شهر اصفهان، آلودگي هوا است و مهمترين آلاينده‌ها pm، o3، so2، co و noxهستند. بررسي‌هاي متعددي نشان داده‌اند كه مدل رگرسيون كاربري اراضي را مي‌توان براي برآورد غلظت‌هاي آلاينده به‌طور دقيق بدون پايش مستمر آلودگي مورد استفاده قرار داد. هدف مدل‌هاي رگرسيون كاربري اراضي نشان دادن توزيع مكاني غلظت‌هاي آلاينده‌ها است. هدف كلي اين پژوهش، استفاده از مدل رگرسيون كاربري اراضي به‌منظور درك بهتر توزيع و پراكنش مكاني آلاينده‌هاي nox، pm10، co، o3 و so2 و بررسي تاثير كاربري اراضي و ساير عوامل تاثيرگذار از جمله ترافيك بر كيفيت هواي شهر اصفهان است.مواد و روش‌‌ها: مدل‌سازي رگرسيون كاربري اراضي به‌عنوان روش مفيدي براي برآورد تغييرات غلظت‌ آلاينده‌ها در شهرها استفاده مي‌شود. اين روش از الگوهاي ترافيك، حمل‌ونقل و كاربري اراضي به‌عنوان پيش‌بيني‌كننده تغييرات آلودگي استفاده مي‌كند. از آنجاكه آلودگي هوا با عوامل متعددي از قبيل جمعيت، ترافيك، كاربري اراضي، ارتفاع، طول جاده‌ها، حجم سواري شخصي و حجم حمل‌ونقل عمومي در ارتباط است، نقشه‌ها و داده‌هاي مربوط به اين عوامل با استفاده از نرم‌افزار arcgis 10.2 تهيه و با استفاده از روش رگرسيون كاربري اراضي، مهم‌ترين عوامل موثر در توليد هر يك از آلاينده‌ها تعيين شد. براي تهيه نقشه كاربري اراضي منطقه اصفهان از تصوير سنجندهtm ماهواره لندست و روش طبقه‌بندي نظارت‌شده حداكثر احتمال استفاده شد و بعد از آن صحت طبقه‌بندي ارزيابي شد. به‌منظور مدل‌سازي در ابتدا دو بافر دايره‌اي شكل در اطراف ايستگاه‌هاي سنجش آلاينده‌ها (500-1000 متر) تعريف شد. سپس مساحت كاربري‌هاي اراضي، طول معابر، ترافيك، جمعيت و ارتفاع به‌صورت جداگانه توسط نرم‌افزار arcgis10.2 استخراج شد. پس از استخراج متغير‌هاي مورد نظر اين داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار spss 19 تجزيه‌وتحليل آماري شد. براي آشكارسازي تاثيرات كاربري اراضي بر آلاينده‌ها، از رابطه رگرسيون خطي استفاده شد.نتايج و بحث:نتايج ارزيابي صحت طبقه‌بندي نشان‌دهنده قابليت بالاي روش طبقه‌بندي نظارت‌شده حداكثر احتمال در تهيه نقشه كاربري اراضي با صحت بالا است زيرا نقشه كاربري اراضي تهيه‌شده داراي صحت 95 درصد بود. نتايج مدل رگرسيون كاربري اراضي نشان داد از بين انواع گوناگون كاربري اراضي، مناطق مسكوني و صنعتي بيشترين تاثير را در آلودگي هوا دارد و نتايج همچنين نشان داد كه مهمترين عوامل موثر بر آلاينده‌ها حجم ترافيك، جمعيت و كاربري اراضي است.نتيجه‌گيري: براساس بررسي‌ها و تحليل‌هاي صورت‌گرفته و با توجه به آناليز همبستگي بين داده‌هاي واقعي و داده‌هاي پيش‌‌بيني‌شده آلاينده‌ها و برآورد ضريب همبستگي بالاتر از 90 درصد، مدل رگرسيون كاربري اراضي قابليت بالايي براي پيش‌بيني آلاينده‌ها دارد و جمعيت، ترافيك و كاربري اراضي جز متغير‌هاي اصلي هستند كه بر پراكنش آلاينده‌ها تاثيرگذارند.

Introduction: The rapid growth of technology has led to an increase in air pollution in most countries of the world. One of the most serious problems that metropolitan cities such as Esfahan encounter is air pollution. The most important pollutants that should be mentioned are PM, O3, SO2, CO and NOX. The main objective of this study is to analyze the land use effects and other effective parameters such as traffic on the air quality of Esfahan and evaluating the spatial dispersion of PM, O3, SO2, CO and NOX. LUR offers an improved level of detail at which pollution variability is observed. Numerous studies have shown that land use regression (LUR) models can be applied to obtain accurate, small-scale air pollutant concentrations without a detailed pollutant emission inventory. Materials and methods: Land use regression modelling is used as a useful method for estimating changes in the concentrations of air pollutants in cities. Thus, LUR predicts the concentrations of pollution based on surrounding land use and traffic characteristics within circular areas (buffers) as predictors of measured concentrations. Moreover, the enhancement of geographic information system (GIS) techniques has contributed to the dissemination of the LUR method. Since the air pollution is in relation to factors such as population, traffic, land use, height, road length and public transportation as the most effective factors in producing these pollutants have prepared using ArcGIS 10.2 and modeled by LUR method. The regression model was run using SPSS 19. Results and discussion: With the usage of the LUR method, the most important and effective factors could be determined and modelled. It should be mentioned that among different types of land uses, residential areas and industrial regions cause the maximum effects on air pollution. Conclusion: The results of the LUR model have revealed that traffic volume, population and land use are the most important factor affected on pollutants production.