(Dự thảo) Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu tính biến động theo thời gian của CO và PM10 tại một số trạm quan trắc môi trường không khí tự động, cố định ở Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> Trần Thị Thu Hường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TÍNH BIẾN ĐỘNG THEO THỜI GIAN CỦA CO VÀ PM10 TẠI MỘT SỐ<br /> TRẠM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ TỰ ĐỘNG, CỐ ĐỊNH Ở VIỆT NAM<br /> <br /> CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG<br /> MÃ SỐ<br /> : 62 44 03 01<br /> (DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG<br /> <br /> HÀ NỘI, NĂM 2016<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà<br /> Nội.<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Ngọc Hồ<br /> <br /> Phản biện:…………………………………………………….<br /> …………………………………………………..<br /> Phản biện:…………………………………………………….<br /> …………………………………………………...<br /> Phản biện:…………………………………………………….<br /> …………………………………………………..<br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp<br /> tại…………...…………………………………………................<br /> ………………………………………………………………………………<br /> …. vào hồi<br /> <br /> giờ<br /> <br /> ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> năm 20…<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> -<br /> <br /> Thư viện Quốc gia Việt Nam;<br /> <br /> -<br /> <br /> Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> 1. Sự cần thiết nghiên cứu của đề tài luận án<br /> Việc đánh giá tính biến động và nội/ngoại suy theo thời gian và không gian của các thông số<br /> môi trường không khí dựa trên chuỗi số liệu đo đạc thực nghiệm để phục vụ công tác đánh giá hiện<br /> trạng và cảnh báo ô nhiễm cũng như phục vụ cho quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội là hết sức quan<br /> trọng. Hiện nay, ngoài những phương pháp thu thập số liệu đo đạc bằng các thiết bị thông dụng<br /> truyền thống, Nhà nước đã đầu tư lắp đặt một số trạm quan trắc môi trường tự động liên tục cố định<br /> với trang thiết bị hiện đại, cung cấp bộ số liệu liên tục và đáng tin cậy. Tuy nhiên, kinh phí trợ giúp<br /> cho bảo trì bảo dưỡng còn rất hạn chế, vì vậy số liệu quan trắc của các trạm này do nhiều lý do<br /> khách quan và chủ quan không tránh khỏi sự thiếu hụt cần phải có những nghiên cứu nhằm bổ<br /> khuyết số liệu thiếu hụt để có đủ dữ liệu phục vụ nghiên cứu đánh giá hiện trạng và cảnh bảo ô<br /> nhiễm. Vì vậy, việc nghiên cứu tính biến động để nắm được quy luật biến đổi của các thông số ô<br /> nhiễm, trên cơ sở đó thiết lập mô hình nội/ngoại suy bổ khuyết số liệu thiếu hụt có tính cấp thiết, ý<br /> nghĩa khoa học và thực tiễn.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu<br /> - Phân tích các đặc trưng biến động (đặc trưng số bao gồm: giá trị trung bình, phương sai, độ<br /> lệch chuẩn, hệ số biến động và đặc trưng hàm cấu trúc) của hai thông số khí CO và bụi PM10 theo<br /> thời gian dựa trên chuỗi số liệu quan trắc tự động liên tục, chỉ ra được đây là các quá trình dừng hay<br /> không dừng và sự khác biệt về đặc trưng cấu trúc thống kê tại 3 khu vực địa lý (Láng - thành phố Hà<br /> Nội, Đà Nẵng - thành phố Đà Nẵng và Nhà Bè - thành phố Hồ Chí Minh).<br /> - Ứng dụng mô hình nội/ngoại suy bổ khuyết số liệu thiếu hụt từ số liệu quan trắc môi trường<br /> không khí tự động liên tục cố định dựa trên quá trình ngẫu nhiên nhiễu động dừng.<br /> - Đề xuất quy trình bổ khuyết số liệu thiếu hụt áp dụng cho khí CO và bụi PM10 tại 03 trạm<br /> nghiên cứu, đánh giá sai số tương đối và hiệu suất của mô hình.<br /> - Đề xuất các giải pháp quản lý và kỹ thuật trong vận hành các trạm quan trắc môi trường<br /> không khí tự động cố định và di động.<br /> 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu<br /> - Đối tượng nghiên cứu: tính biến động theo thời gian của khí CO và bụi PM10 dựa trên số<br /> liệu quan trắc tại 03 trạm nghiên cứu bao gồm: giá trị trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số<br /> biến động và hàm cấu trúc thời gian biến đổi theo khoảng thời gian τ = Δt.<br /> - Phạm vi nghiên cứu: môi trường không khí xung quanh 03 trạm quan trắc môi trường<br /> không khí cố định tự động thuộc các khu vực địa lý khác nhau:<br /> + Khu vực phía Bắc: Trạm Láng - thành phố Hà Nội;<br /> + Khu vực miền Trung: Trạm Đà Nẵng - thành phố Đà Nẵng;<br /> + Khu vực phía Nam: Trạm Nhà Bè - thành phố Hồ Chí Minh.<br /> <br /> 3<br /> <br /> - Thời gian lựa chọn chuỗi số liệu nghiên cứu được lấy từ khi các trạm quan trắc môi trường<br /> không khí tự động cố định hoạt động ổn định là năm 2004 đến 2010.<br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án<br /> Nghiên cứu đặc trưng biến động (đặc trưng số và đặc trưng hàm) của khí CO và bụi PM10 đã<br /> khẳng định đây là các quá trình không dừng, từ đó có nghiên cứu sâu trong việc áp dụng lý thuyết<br /> quá trình ngẫu nhiên dừng phục vụ bài toán nội/ngoại suy bổ khuyết số liệu thiếu hụt tại các trạm<br /> quan trắc môi trường không khí tự động cố định.<br /> Việc đề xuất sử dụng quá trình ngẫu nhiên với nhiễu động dừng trong đề tài luận án góp<br /> phần bổ sung hướng nghiên cứu nội/ngoại suy nói riêng và dự báo chất lượng môi trường không khí<br /> nói chung ở Việt Nam.<br /> Áp dụng mô hình nội/ngoại suy thử nghiệm nội/ngoại suy cho hai thông số CO và PM 10 tại<br /> ba khu vực nghiên cứu (Láng - thành phố Hà Nội, Đà Nẵng - thành phố Đà Nẵng, Nhà Bè - thành<br /> phố Hồ Chí Minh). Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu suất mô hình đạt độ chính xác cao từ 75% đến<br /> 99,9%. Đây là cơ sở để khuyến nghị ứng dụng phương pháp nội/ngoại suy cho các thông số khác<br /> của các trạm quan trắc môi trường không khí tự động cố định và di động (xe quan trắc) ở nước ta.<br /> Ngoài ra, quy trình nội/ngoại suy được thiết lập sẽ giúp các quan trắc viên làm việc tại các<br /> trạm quan trắc môi trường tự động cố định dễ dàng sử dụng để tính toán bổ khuyết chuỗi số liệu<br /> thiếu hụt, đảm bảo cung cấp chuỗi số liệu đầy đủ để xây dựng bộ cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác<br /> quản lý môi trường và các nghiên cứu liên quan.<br /> 5. Những đóng góp mới của luận án<br /> - Phân tích tính biến động của hai thông số CO và PM10 thông qua các đặc trưng số (biến<br /> trình ngày đêm, phương sai, độ lệch chuẩn và hệ số biến động) và đặc trưng hàm (hàm cấu trúc) cho<br /> thấy các đặc trưng biến đổi theo ngày, mùa, năm và vị trí địa lý tại các khu vực nghiên cứu. Điều<br /> này được giải thích: các yếu tố khí tượng, khí hậu (tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, lượng mưa, thời<br /> gian mưa, độ ẩm, áp suất) và trạng thái tầng kết nhiệt (bất ổn định, cân bằng phiếm định và ổn định)<br /> trong lớp không khí gần mặt đất ảnh hưởng rất lớn đến môi trường không khí, nên chúng phá vỡ quy<br /> luật biến động của các thông số khảo sát, do đó các đặc trưng số và hàm không thể xem là những quá<br /> trình ngẫu nhiên dừng.<br /> - Luận án đã áp dụng lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên và lần đầu tiên ở Việt Nam đã đề<br /> xuất sử dụng quá trình ngẫu nhiên qui tâm (nhiễu động dừng) trong nghiên cứu môi trường không<br /> khí để xây dựng hàm cấu trúc của nhiễu động dừng biến đổi theo khoảng thời gian Δt = τ. Trên cơ sở<br /> đó xây dựng hàm cấu trúc thực nghiệm của nhiễu động dừng cho 02 thông số CO và PM10 tại 3 trạm<br /> nghiên cứu theo các mùa (tại Trạm Láng là mùa xuân, mùa hạ, mùa thu và mùa đông; tại Trạm Đà<br /> Nẵng và Nhà Bè là mùa khô và mùa mưa).<br /> - Sử dụng phương pháp hồi quy để xấp xỉ đường cong hàm cấu trúc thực nghiệm của nhiễu<br /> động dừng dưới dạng hàm lnτ, trên cơ sở đó đánh giá khoảng dừng thích hợp, làm cơ sở cho việc giải<br /> hệ phương trình tìm ra các nhân tử nội/ngoại suy. Từ đó áp dụng mô hình nội/ngoại suy bổ khuyết số<br /> liệu thiếu hụt cho hai thông số CO và PM10 đạt hiệu suất cao từ 75 - 99,9%.<br /> <br /> 4<br /> <br /> Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU<br /> 1.1. Nghiên cứu tính biến động và nội/ngoại suy số liệu môi trƣờng không khí trên thế giới và<br /> ở Việt Nam<br /> 1.1.1. Nghiên cứu tính biến động của các thông số môi trường không khí<br /> Việc nghiên cứu đặc trưng biến động của các thông số môi trường không khí đã được nhiều<br /> quốc gia quan tâm nhằm phục vụ công tác đánh giá hiện trạng ô nhiễm, đánh giá xu hướng biến đổi<br /> của các chất ô nhiễm phục vụ quá trình hoạch định các chiến lược phát triển kinh tế xã hội bền vững.<br /> Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước đều cho thấy sự biến động của các thông số môi<br /> trường không khí có ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng như: nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, hướng<br /> gió, tốc độ gió, bên cạnh đó là các tác động của các nguồn thải từ các hoạt động dân sinh, công<br /> nghiệp, giao thông hay cháy rừng… Các nghiên cứu hầu hết đều phân chia chuỗi số liệu quan trắc<br /> theo ngày, mùa để nghiên cứu tính biến động theo thời gian và không gian.<br /> 1.1.2. Nghiên cứu nội/ngoại suy chuỗi số liệu của các thông số môi trường không khí<br /> Việc sử dụng số liệu của các trạm quan trắc tự động cố định liên tục 24/24 giờ trong ngày<br /> ứng với từng mùa trong năm để có cơ sở dữ liệu phục vụ bài toán nội/ngoại suy bổ khuyết số liệu<br /> thiếu hụt trong nhiều thời điểm quan trắc đã được triển khai ứng dụng ở nước ngoài và Việt Nam.<br /> Hai phương pháp chủ yếu được sử dụng liên quan đến vấn đề nội/ngoại suy gồm có:<br /> - Phương pháp hồi quy bán thực nghiệm mô phỏng nồng độ chất gây ô nhiễm theo không<br /> gian và thời gian dựa trên chuỗi số liệu thực nghiệm có sẵn với hệ số tương quan hồi qui R2 đạt từ<br /> 0,75 đến 1.<br /> - Phương pháp sử dụng đặc trưng hàm của lý thuyết quá trình ngẫu nhiên: Trong khí tượng,<br /> thủy văn và môi trường phương pháp sử dụng đặc trưng hàm (hàm tương quan hoặc hàm cấu trúc<br /> thời gian) để thiết lập các mô hình nội/ngoại suy, lọc sai số ngẫu nhiên, làm trơn chuỗi số liệu bổ<br /> khuyết số liệu thiếu hụt được triển khai ứng dụng mạnh mẽ ở Liên Xô và các nước Đông Âu từ<br /> những năm đầu của thế kỷ XIX. Tiếp cận chủ yếu của phương pháp sử dụng đặc trưng hàm là xem<br /> các chất ô nhiễm khảo sát là quá trình trình ngẫu nhiên dừng. Bên cạnh hai phương pháp hồi qui bán<br /> thực nghiệm và sử dụng đặc trưng hàm còn có rất nhiều các phương pháp khác dựa trên lý thuyết<br /> khuếch tán tán rối, động lực học thống kê… Các phương pháp này chủ yếu để tính toán mô phỏng<br /> và dự báo quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí.<br /> Trong luận án, tác giả sử dụng đặc trưng hàm cấu trúc của nhiễu động dừng và kết hợp với<br /> phương pháp hồi qui hàm cấu trúc thực nghiệm để ứng dụng thiết lập mô hình nội/ngoại suy bổ<br /> khuyết số liệu tại các trạm quan trắc môi trường không khí tự động cố định.<br /> 1.2. Khái quát ô nhiễm môi trƣờng không khí xung quanh các trạm quan trắc cố định<br /> tự động Láng - thành phố Hà Nội, Đà Nẵng - thành phố Đà Nẵng và Nhà Bè - thành phố Hồ<br /> Chí Minh<br /> 1.2.1. Vị trí địa lý và đặc điểm của các trạm<br /> Trạm Láng, trạm Đà Nẵng và trạm Nhà Bè được quyết định đưa vào mạng lưới trạm điều tra<br /> cơ bản của Trung tâm Mạng lưới khí tượng thuỷ văn và môi trường - Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn<br /> <br /> 5<br /> <br />