การอ้างอิง: ภาคภูมิ ป่าหลวง และ อริศรา เจริญปัญญาเนตร. (2565). การเคลื่อนที่ของมวลอากาศแบบวิถีย้อนกลับที่ส่งผลต่อความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ในจังหวัดเชียงราย (Backward-Trajectory Analysis of Air Mass movement that affected on concentration of PM2.5 in Chiang Rai, Thailand). วารสารสิ่งแวดล้อม, ปีที่ 26 (ฉบับที่ 1).
บทความ: การเคลื่อนที่ของมวลอากาศแบบวิถีย้อนกลับที่ส่งผลต่อความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ในจังหวัดเชียงราย (Backward-Trajectory Analysis of Air Mass movement that affected on concentration of PM2.5 in Chiang Rai, Thailand)
1. บทนำ
จังหวัดเชียงรายตั้งอยู่ตอนเหนือสุดของประเทศไทย ที่ละติจูด 19 องศาเหนือ ถึง 20 องศา 30 ลิปดาเหนือ และละติจูดที่ 99 องศา 15 ลิปดา ถึง 100 องศา 45 ลิปดาตะวันออก เป็นหนึ่งในจังหวัดที่ได้รับผลกระทบจากมลพิษอากาศโดยเฉพาะฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอนเกินค่ามาตรฐาน (ขนิษฐา ชัยรัตนาวรรณ และณัฐพศุตม์ ภัทธิราสินสิริ, 2563) จากรายงานสรุปสถานการณ์ไฟป่าและหมอกควันด้วยภาพถ่ายดาวเทียม ปี พ.ศ.2562 ระบุว่าจังหวัดเชียงรายมีปริมาณจุดความร้อนระหว่างวันที่ 1 มกราคม - 31 พฤษภาคม จำนวน 1,951 จุด (สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ, 2562) เมื่อเทียบกับปริมาณจุดความร้อน ณ ช่วงเวลาเดียวกันในปี พ.ศ.2561 ได้เพิ่มขึ้นถึงร้อยละ 88.42 อันเป็นผลจากอิทธิพลของปรากฏการณ์เอลนีโญ (Climate Prediction Center Internet Team, 2021) แม้ว่ามาตราการของจังหวัดที่มีเป้าหมายหลักในการลดปริมาณจุดความร้อนในพื้นที่และลุล่วงตามเป้าหมายตามลำดับ แต่ความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) เมื่อใช้เกณฑ์ของดัชนีคุณภาพอากาศ (Air Quality Index : AQI) ภายในจังหวัดพบว่ายังอยู่ในเกณฑ์ที่ส่งผลต่อสุขภาพในหลายช่วงเวลา สาเหตุส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากแนวทางการแก้ไขปัญหาที่อยู่ในเชิงรับ คือ การบังคับใช้กฎหมาย การออกลาดตะเวน การสร้างแนวกันไฟ เป็นต้น ผ่านการสั่งการจากผู้มีอำนาจที่เป็นผู้กำหนดกฎหมายหรือนโยบาย ซึ่งดำเนินงานแบบเบ็ดเสร็จเหมือนกันและเวลาเดียวกัน (ศุทธินี ดนตรี,2558) นับว่าเป็นการบังคับใช้อำนาจจากส่วนบนลงมาส่วนล่าง (Top-Down Approach : TDA) อีกประการหนึ่ง เนื่องจากบริบททางพื้นที่และสภาพทางอุตุนิยมวิทยามีความต่างกัน จึงไม่อาจใช้แนวทางเดียวในการแก้ไขปัญหากับทุกพื้นที่
2. วัตถุประสงค์ของการศึกษา
วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้มีเป้าหมายหลักเพื่อประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ด้วยภาพถ่ายดาวเทียม LANDSAT8- OLI ในจังหวัดเชียงราย ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีความทันสมัยและมีความละเอียดสูง ทั้งยังสามารถประเมินได้ครอบคลุมในทุกพื้นที่ อาทิ ในพื้นที่หุบเขาหรือภูเขาสูงชัน ทั้งนี้ยังเพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของมวลอากาศแบบวิถีย้อนกลับ (Backward Analysis Trajectory : BWT) ที่ส่งผลต่อคุณภาพอากาศในจังหวัดเชียงราย เพื่อเป็นหนึ่งในแนวทางสำหรับการจัดการคุณภาพอากาศและจะสามารถเป็นหนึ่งในแนวทางที่เกิดประโยชน์ได้ในอนาคต
3. แนวทางการศึกษาและแหล่งข้อมูล
3.1 ประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ด้วยภาพถ่ายดาวเทียม LANDSAT8- OLI
ความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ในพื้นที่จังหวัดเชียงราย ระยะเวลา 3 เดือน (กุมภาพันธ์-เมษายน พ.ศ.2562) ประเมินโดยใช้โปรแกรมระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ (GIS) และโปรแกรมสำหรับแปลภาพถ่ายระยะไกล (RS) ใช้ภาพถ่าย LANDSAT8-OLI (ตารางที่ 1) เพื่อใช้ค่าการสะท้อนจากภาพในการเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากการตรวจวัดของกรมควบคุมมลพิษ จำนวน 4 สถานี คือ สำนักงานสาธารณสุขอำเภอแม่สาย สำนักงานทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมจังหวัดเชียงราย โรงเรียนยุพราชจังหวัดเชียงใหม่และศาลากลางจังหวัดเชียงใหม่ โดยนำค่าการสะท้อน (Digital Number) ที่ได้จากภาพมาเป็นตัวแทนของค่าความเข้มข้นเพื่อเปรียบเทียบด้วยวิธีค่าสหสัมพันธ์ R-Squared (R2) กับข้อมูลจากการตรวจวัด (ตารางที่ 2) เพื่อแสดงภาพที่มีค่าสูงสุด นำมาวิเคราะห์สมการถดถอย (Two Variable Method) เพื่อเป็นอัลกอริทึมที่จะใช้ประเมินในขั้นตอนต่อไป จากการศึกษาผลลัพธ์ที่ได้จะได้เป็นสมการเพื่อนำไปประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ในแต่ละเดือนในโปรแกรมระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ต่อไป
ตารางที่ 2 สถานีตรวจวัดและค่าเฉลี่ยที่ได้จากสถานีตรวจวัด
3.2 ศึกษาการเคลื่อนที่ของมวลอากาศแบบวิถีย้อนกลับ (BWT)
ศึกษาการเคลื่อนที่มวลอากาศแบบย้อนกลับ (BWT) ที่เคลื่อนเข้าสู่พื้นที่จังหวัดเชียงราย ตลอดระยะเวลา 3 เดือน (กุมภาพันธ์-เมษายน พ.ศ.2562) โดยใช้แบบจำลอง HYSPLIT กำหนดการศึกษาแบบย้อนหลังจำนวน 2 วัน เพื่อแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศ เนื่องจากตำแหน่งที่ตั้งของสถานีตรวจวัดอากาศที่ปรากฏในพื้นที่มีจำนวน 2 สถานี คือ สำนักงานสาธารณสุขอำเภอแม่สายและสำนักงานทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมจังหวัดเชียงราย ผู้ศึกษาจึงเลือกใช้สำนักงานทรัพยากรธรรรมชาติและสิ่งแวดล้อมจังหวัดเชียงราย เป็นตำแหน่งที่ตั้งหลักในการดูทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศ เนื่องจาก ตั้งอยู่ในกลางจังหวัดเชียงราย อันจะเป็นภาพแทนของประชาชนได้มากที่สุด ประกอบกับใช้ข้อมูลอุตุนิยมวิทยาภายในแบบจำลอง ที่ระดับความสูง 1500 m-AGL (ความสูงของการเคลื่อนที่มวลอากาศจากภูมิประเทศของจุดศึกษา) เป็นระดับความสูง ณ จุดศึกษา ระยะเวลา 48 ชั่วโมง (การเคลื่อนมวลอากาศย้อนหลังจำนวน 48 ชั่วโมง หรือ 2 วัน ตลอดระยะเวลาที่ศึกษา) (ตารางที่ 3) เนื่องจากไม่มีสิ่งกีดขวางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศอันจะทำให้ผลการศึกษาคลาดเคลื่อนได้
พร้อมทั้งศึกษาความหนาแน่นของจำนวนจุดความร้อน (Fire Hotspot : FHS) ในประเทศไทยและพื้นที่ใกล้เคียง คือ ประเทศเมียนมาร์ ซึ่งข้อมูลจุดความร้อนสามารถดาวน์โหลดได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่ายจากหน่วยงาน Fire Information for Resource Management System (FIRMS) ซึ่งถูกพัฒนาโดยองค์การอวกาศแห่งชาติของประเทศอเมริกา ทั้งนี้ได้ใช้โปรแกรมทางระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ (GIS) ในการประมวนผลความแน่นเชิงพื้นที่ (Kernel Density Estimation : KDE) เพื่อแสดงผลความหนาแน่นของปริมาณจุดความร้อนเพื่อประกอบการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของมวลอากาศแบบย้อนกลับต่อไป
4. ผลการศึกษา
4.1 ประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) โดยใช้ภาพถ่ายดาวเทียม LANDSAT8-OLI
เมื่อใช้ภาพถ่ายดาวเทียมในการประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) สามารถประเมินได้ในวันที่ 23 กุมภาพันธ์ 11 มีนาคม และ 28 เมษายน พ.ศ.2562 เนื่องจาก ข้อจำกัดของดาวเทียม LANDSAT-8 OLI ที่มีวงรอบถ่ายในแต่ละเดือนเพียง 2 ครั้ง ทุก ๆ 16 วัน โดยได้ใช้อัลกอริทึมดังต่อไปนี้ในการประเมิน (ตารางที่ 4)
4.2 การเคลื่อนที่มวลอากาศแบบย้อนกลับ (BWT) และความหนาแน่นของจุดความร้อน (FHS)
การศึกษาการเคลื่อนที่มวลอากาศแบบย้อนกลับ (BWT) พร้อมทั้งพิจารณาปริมาณจุดความร้อนและความหนาแน่นเชิงพื้นที่ (KDE) ทั้งในประเทศและประเทศใกล้เคียง ได้แก่ ประเทศเมียนมาร์ พบว่า เดือนกุมภาพันธ์ มีปริมาณจุดความร้อน 2,003 จุด เดือนมีนาคมมี 8,798 จุดและเดือนเมษายนมี 7,570 จุด เมื่อนำมาวิเคราะห์ร่วมกับผลการประเมินความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) พบว่าเดือนเมษายนที่มีจุดความร้อน 7,570 จุด ความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) จัดอยู่ในเกณฑ์ดี แม้ว่าจะมีความหนาแน่นของจุดความร้อนมาก (ภาพที่ 3) เป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของมวลอากาศไม่มีทิศทางเคลื่อนที่ผ่านบริเวณจุดความร้อนโดยตรงเข้ามายังพื้นที่ (ภาพที่ 4) ในทางตรงข้ามเดือนกุมภาพันธ์และเดือนมีนาคม การเคลื่อนที่ของมวลอากาศมีทิศทางผ่านบริเวณจุดความร้อนโดยตรง ทำให้ความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) จัดอยู่ในเกณฑ์ปานกลางและเริ่มส่งผลต่อสุขภาพ ตามลำดับ
จากภาพที่ 4 จะเห็นได้ชัดว่าการเคลื่อนที่ของมวลอากาศในแต่ละเดือนนั้นมีความสัมพันธ์โดยตรงกับระดับความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดเล็กในแง่ของระดับความเข้มที่ปรากฏในพื้นที่อย่างชัดเจน กล่าวคือ แม้ว่าจะมีปริมาณจุดความร้อนที่มากในพื้นที่ แต่หากลักษณะทางอุตุนิยมวิทยาโดยเฉพาะการเคลื่อนที่มวลอากาศไม่ได้เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่เกิดการเผาไหม้ ย่อมส่งผลต่อระดับความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดเล็กในพื้นที่เช่นเดียวกัน สำหรับการวิเคราะห์แบบกลุ่ม (Trajectory Cluster analysis :TCA) ภายในแบบจำลอง พบว่า จังหวัดเชียงรายได้รับอิทธิพลของการเคลื่อนที่อากาศมาจากประเทศเมียนมาร์ คือ 1) ในเดือนกุมภาพันธ์ ทิศทางการเคลื่อนที่ส่วนใหญ่มาจากทิศตะวันตกและทิศตะวันตกเฉียงใต้ มากถึงร้อยละ 91 ประกอบไปด้วย ทิศตะวันตก ร้อยละ 20 และทิศตะวันตกเฉียงใต้ ร้อยละ 71 (ภาพที่ 5)
2) เดือนมีนาคม พบว่า ทิศทางการเคลื่อนที่ส่วนใหญ่มาจากตะวันตกเฉียงใต้ ร้อยละ 62 ทิศตะวันตกเฉียงเหนือ ร้อยละ 39.3 และเดือนเมษายน พบว่า ทิศทางการเคลื่อนที่ส่วนใหญ่มาจากตะวันตกเฉียงใต้ ร้อยละ51 และร้อยละ 26 เป็นการเคลื่อนที่มาจากทิศตะวันตก สุดท้ายเคลื่อนที่มาจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือเพียงร้อยละ 23 ดังแสดงในภาพที่ 5
5. สรุปผลการศึกษา
จากการจำลองเส้นทางการเคลื่อนที่ย้อนกลับของมวลอากาศในการศึกษาผ่านแบบจำลอง The Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model (HYSPLIT) เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ที่ส่งผลต่อคุณภาพอากาศในพื้นที่จังหวัดเชียงรายที่ระดับความสูง 1500 m AGL. พบว่า ทิศทางของมวลอากาศที่พัดมายังพื้นที่จังหวัดเชียงราย ประกอบไปด้วย 2 ส่วนหลัก คือ 1.พัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือ 2.พัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้ เมื่อนำมาพิจารณาร่วมกับปริมาณจุดความร้อนในแต่ละเดือน พบว่า ปริมาณจุดความร้อนที่มากไม่ได้ส่งผลต่อคุณภาพอากาศในพื้นที่เพียงอย่างเดียวในแต่ปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยา โดยเฉพาะการเคลื่อนที่มวลอากาศ คือ ปัจจัยที่กระตุ้นให้คุณภาพอากาศนั้นดีขึ้นและแย่ลงได้
การศึกษาความเข้มข้นของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) เป็นการประยุกต์องค์ความรู้และเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าในปัจจุบัน เพื่อให้เกิดผลการศึกษาที่มีความน่าเชื่อถือเมื่อนำมาเปรียบเทียบกับผลที่ได้จากการตรวจอากาศภาคพื้น ของกรมควบคุมมลพิษ ทั้งนี้สำหรับหน่วยงานหรือผู้สนใจงานด้านมลพิษทางอากาศ จำเป็นต้องพิจารณาถึงลักษณะทางกายภาพของพื้นที่ศึกษา อาทิ พื้นที่ศึกษามีภูเขาล้อมรอบ ศักยภาพของพื้นที่ รวมถึงองค์ประกอบอื่นด้านนโยบายร่วมด้วย โดยเฉพาะลักษณะทางอุตุนิยมวิทยา ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความเป็นไปของสถานการณ์ในพื้นที่ มากไปกว่านั้นอาจใช้เป็นหนึ่งในข้อมูลอันเป็นพื้นฐานเพื่อออกแนวนโยบายการจัดการด้านฝุ่นละอองตลอดจนคุณภาพอากาศได้ต่อไป
เอกสารอ้างอิง
กรมควบคุมมลพิษ. (2562).รายงานสถานการณ์และการจัดการคุณภาพอากาศและเสียง.กรุงเทพฯ: กรมควบคุมมลพิษ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม
ขนิษฐา ชัยรัตนาวรรณ และณัฐพศุตม์ ภัทธิราสินสิริ (2563). แหล่งกำเนิด ผลกระทบและแนวทางจัดการฝุ่นละออง PM 2.5 บริเวณภาคเหนือของประเทศไทย. วารสารสมาคมนักวิจัย (สาขามนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์) ปีที่ 25 ฉบับที่ 1, มกราคม - เมษายน 2563, หน้า 432-446.
ฝ่ายสิ่งแวดล้อมและภัยพิบัติ สำนักประยุกต์และบริการภูมิสารสนเทศ.(2562). สรุปสถาการณ์ไฟป่าและหมอกควัน ด้วยภาพถ่ายดาวเทียม ประจำปี พ.ศ.2562 กรุงเทพฯ: สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ.
ศุทธินี ดนตรี. (2558). การจัดการไฟป่าและหมอกควัน:บทเรียนจากการจัดการอย่างมีส่วนร่วมของพหุภาคีในจังหวัดเชียงใหม่. วารสารสังคมศาสตร์, 27(2), 121-155.
Climate Prediction Center Internet Team. (2021). Cold & Warm Episodes by Season. Retrived October 18, 2021, from https://origin.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI_v5.php
Pardthaisong, L., Sin-ampol, P., Suwanprasit, C., & Charoenpanyanet, A. (2018). Haze Pollution in Chiang Mai, Thailand: A Road to Resilience. Procedia Engineering, 212, 85-92.
Phairuang, W., Hata, M., & Furuuchi, M. (2017). Influence of agricultural activities, forest fires and agro-industries on air quality in Thailand. Journal of environmental sciences, 52, 85-97.
