MODELLING THE EFFECTS OF CLIMATE CHANGE ON AIR QUALITY IN THE DAMMAM METROPOLITAN AREA, SAUDI ARABIA , USING AERMOD COUPLED WITH STATION AND MESOSCALE WEATHER DATA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF finalFinalMrBabatundeMustaphaThesisReport.pdf Restricted to Repository staff only until 3 January 2023. Download (6MB)

Arabic Abstract

‫مصطفى‬ ‫محمد‬ ‫باباتوندي‬ ‫الكامل‪:‬‬ ‫السم‬ ‫‪،‬‬ ‫السعودية‬ ‫العربية‬ ‫المملكة‬ ‫‪،‬‬ ‫الحضرية‬ ‫الدمام‬ ‫منطقة‬ ‫في‬ ‫الهواء‬ ‫جودة‬ ‫على‬ ‫المناخ‬ ‫تغير‬ ‫آثار‬ ‫نمذجة‬ ‫الرسالة‪:‬‬ ‫عنوان‬ ‫المتوسط‪.‬‬ ‫والطقس‬ ‫المحطات‬ ‫ب‬ ‫الخاصة‬ ‫الطقس‬ ‫ببيانات‬ ‫مقرونًا‬ ‫‪AERMOD‬‬ ‫باستخدام‬ ‫البيئة‬ ‫علم‬ ‫التخصص‪:‬‬ ‫‪2021‬‬ ‫ديسمبر‬ ‫الدراسة‪:‬‬ ‫تاريخ‬ ‫مثل‬ ‫الهواء‬ ‫تشتت‬ ‫نماذج‬ ‫‪AERMOD‬‬ ‫الجوي‬ ‫الغالف‬ ‫في‬ ‫الهواء‬ ‫ملوثات‬ ‫النبعاثات‬ ‫البيئية‬ ‫اآلثار‬ ‫لتقدير‬ ‫مهمة‬ ‫أدوات‬ ‫هي‬ ‫‪،‬‬ ‫رياح‬ ‫ال‬ ‫وسرعة‬ ‫الهواء‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫مثل‬ ‫المناخية‬ ‫بالظروف‬ ‫كبير‬ ‫بشكل‬ ‫النماذج‬ ‫هذه‬ ‫تقديرات‬ ‫ترتبط‬ ‫بشرية‪.‬‬ ‫مصادر‬ ‫من‬ ‫للتغيرات‬ ‫العلمية‬ ‫المصادر‬ ‫بعض‬ ‫التوقعات‬ ‫مع‬ ‫الحراري‪.‬‬ ‫االحتباس‬ ‫ظاهرة‬ ‫بسبب‬ ‫المستقبل‬ ‫في‬ ‫تختلف‬ ‫أن‬ ‫المتوقع‬ ‫من‬ ‫والتي‬ ‫على‬ ‫محتمل‬ ‫مباشر‬ ‫تأثير‬ ‫هناك‬ ‫‪،‬‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫ارتفاع‬ ‫وخاصة‬ ‫‪،‬‬ ‫السعودية‬ ‫العربية‬ ‫للمملكة‬ ‫المستقبلي‬ ‫المناخ‬ ‫على‬ ‫الوشيكة‬ ‫نماذج‬ ‫من‬ ‫الناتجة‬ ‫الهواء‬ ‫ملوثات‬ ‫ت‬ ‫تشت‬ ‫أنماط‬ ‫‪AD‬‬ ‫العربية‬ ‫المملكة‬ ‫في‬ ‫مماثلة‬ ‫دراسات‬ ‫إجراء‬ ‫يتم‬ ‫لم‬ ‫‪،‬‬ ‫علمنا‬ ‫حد‬ ‫على‬ ‫‪.‬‬ ‫بالمملكة‬ ‫الدمام‬ ‫منطقة‬ ‫في‬ ‫الهواء‬ ‫جودة‬ ‫على‬ ‫المناخ‬ ‫تغير‬ ‫آثار‬ ‫في‬ ‫الدراسة‬ ‫هذه‬ ‫تبحث‬ ‫لذلك‬ ‫التأثير‪.‬‬ ‫هذا‬ ‫في‬ ‫للتحقيق‬ ‫السعودية‬ ‫(‬ ‫الكبريت‬ ‫أكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫لغاز‬ ‫انبعاثات‬ ‫وتراكيز‬ ‫الطقس‬ ‫بيانات‬ ‫باستخدام‬ ‫‪،‬‬ ‫السعودية‬ ‫‪SO‬العربية‬ ‫‪2‬‬ ‫للهواء‪.‬‬ ‫ملوث‬ ‫كنموذج‬ ‫‪-‬‬ ‫)‬ ‫نموذج‬ ‫البحث‬ ‫‪AERMOD‬يستخدم‬ ‫مداخن‬ ‫)‬ ‫‪5‬‬ ‫(‬ ‫خمسة‬ ‫من‬ ‫الدراسة‬ ‫منطقة‬ ‫في‬ ‫الكبريت‬ ‫أكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫تشتت‬ ‫باتجاهات‬ ‫للتنبؤ‬ ‫لمنتصف‬ ‫المستقبلية‬ ‫الفترة‬ ‫و‬ ‫)‬ ‫‪2019‬‬ ‫الى‬ ‫‪2010‬‬ ‫(‬ ‫من‬ ‫للفترة‬ ‫الدراسة‬ ‫منطقة‬ ‫في‬ ‫مستقبال‬ ‫)‬ ‫‪28‬‬ ‫(‬ ‫وعشرين‬ ‫ثمانية‬ ‫على‬ ‫‪،‬‬ ‫صناعية‬ ‫درجات‬ ‫‪5‬‬ ‫أو‬ ‫‪3‬‬ ‫أو‬ ‫واحدة‬ ‫مئوية‬ ‫بدرجة‬ ‫المتوقعة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫ارتفاع‬ ‫سيناريوهات‬ ‫ظل‬ ‫في‬ ‫)‬ ‫‪2060‬‬ ‫الى‬ ‫‪2040‬‬ ‫(‬ ‫القرن‬ ‫ساعات‪.‬‬ ‫‪8‬‬ ‫و‬ ‫ساعات‬ ‫‪4‬‬ ‫و‬ ‫ساعة‬ ‫‪1‬‬ ‫زمنية‬ ‫فترات‬ ‫متوسط‬ ‫عبر‬ ‫ث)‬ ‫‪/‬‬ ‫م‬ ‫‪1.8‬‬ ‫‪+‬‬ ‫و‬ ‫ث‬ ‫‪/‬‬ ‫م‬ ‫‪1.2‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪،‬‬ ‫ث‬ ‫‪/‬‬ ‫م‬ ‫‪0.6‬‬ ‫(‪+‬‬ ‫الرياح‬ ‫وسرعة‬ ‫المحاكاة‬ ‫والمستقبلية‬ ‫الحالية‬ ‫المناخية‬ ‫الظروف‬ ‫ظل‬ ‫في‬ ‫االستقبال‬ ‫مواقع‬ ‫في‬ ‫الكبريت‬ ‫أكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫يات‬ ‫مستو‬ ‫أن‬ ‫النتائج‬ ‫أظهرت‬ ‫أن‬ ‫أيضًا‬ ‫النتائج‬ ‫كشفت‬ ‫السعودية‪.‬‬ ‫العربية‬ ‫والمملكة‬ ‫العالمية‬ ‫الصحة‬ ‫لمنظمة‬ ‫الهواء‬ ‫جودة‬ ‫لمعايير‬ ‫به‬ ‫المسموح‬ ‫الحد‬ ‫ضمن‬ ‫تقع‬ ‫أن‬ ‫حين‬ ‫في‬ ‫الكبريت‬ ‫أكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫تركيز‬ ‫مستويات‬ ‫على‬ ‫طفيف‬ ‫تاثير‬ ‫سوى‬ ‫له‬ ‫يكون‬ ‫لن‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫في‬ ‫المتوقع‬ ‫االرتفاع‬ ‫و‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪0.14‬‬ ‫و‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪0.04‬‬ ‫الكبريت‬ ‫أكسيد‬ ‫ثاني‬ ‫مستويات‬ ‫في‬ ‫الزيادة‬ ‫متوسط‬ ‫بلغ‬ ‫أكبر‪.‬‬ ‫تأثيرات‬ ‫له‬ ‫سيكون‬ ‫الرياح‬ ‫سرعة‬ ‫في‬ ‫التغيير‬ ‫و‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪10.9‬‬ ‫بنسبة‬ ‫يات‬ ‫المستو‬ ‫انخفضت‬ ‫بينما‬ ‫التوالي‬ ‫على‬ ‫درجات‬ ‫‪5‬‬ ‫و‬ ‫‪3‬‬ ‫و‬ ‫‪1‬‬ ‫بمقدار‬ ‫الحرارة‬ ‫درجات‬ ‫ارتفاع‬ ‫بسبب‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪0.23‬‬ ‫أن‬ ‫إلى‬ ‫هذا‬ ‫يشير‬ ‫التوالي‪.‬‬ ‫على‬ ‫ث‬ ‫‪/‬‬ ‫م‬ ‫‪1.8‬‬ ‫و‬ ‫ث‬ ‫‪/‬‬ ‫م‬ ‫‪1.2‬‬ ‫‪،‬‬ ‫ثانية‬ ‫‪/‬‬ ‫متر‪.‬‬ ‫‪0.6‬‬ ‫الرياح‬ ‫سرعة‬ ‫زادت‬ ‫عندما‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪18.13‬‬ ‫و‬ ‫‪٪‬‬ ‫‪15.16‬‬ ‫الهواء‪.‬‬ ‫حرارة‬ ‫بدرجة‬ ‫مقارنة‬ ‫الهواء‬ ‫ملوثات‬ ‫تركيز‬ ‫على‬ ‫أهمية‬ ‫أكثر‬ ‫تأثيرات‬ ‫لها‬ ‫كان‬ ‫الرياح‬ ‫سرعة‬ ‫في‬ ‫التغيرات‬ ‫نمذجة‬ ‫نتائج‬ ‫على‬ ‫المناخية‬ ‫التغيرات‬ ‫وظاهرة‬ ‫الحراري‬ ‫االحتباس‬ ‫ظاهرة‬ ‫تأثير‬ ‫درجة‬ ‫العمل‬ ‫هذا‬ ‫نتائج‬ ‫توضح‬ ‫‪،‬‬ ‫الختام‬ ‫في‬ ‫بتلوث‬ ‫المرتبطة‬ ‫الكبيرة‬ ‫الصحية‬ ‫التحديات‬ ‫إلى‬ ‫بالنظر‬ ‫‪،‬‬ ‫قراراتهم‬ ‫اتخاذ‬ ‫في‬ ‫السياسات‬ ‫صانعي‬ ‫تساعد‬ ‫أن‬ ‫ويمكن‬ ‫الهواء‬ ‫جودة‬ ‫السعودي‬ ‫العربية‬ ‫المملكة‬ ‫في‬ ‫حيط‬ ‫الم‬ ‫الهواء‬

English Abstract

Air dispersion (AD) models such as AERMOD are important tools for estimating the environmental impacts of air pollutant emissions into the atmosphere from anthropogenic sources. The outcome of these models is significantly linked to the climate conditions such as air temperatures and wind speeds, which are expected to differ in the future due to the global warming phenomenon. With projections from scientific sources of impending changes to the future climate of Saudi Arabia, especially temperature rise, there is a potential direct impact on the dispersion patterns of air pollutants results from AD models. To our knowledge, no similar studies were carried out in Saudi Arabia to investigate such impact. Therefore, this research investigates the effects of climate change on air quality in the Dammam Metropolitan area, Saudi Arabia, using AERMOD coupled with Station and Mesoscale Weather data using Sulphur dioxide (SO 2 )– as a model air pollutant.The research uses AERMOD model to predict the SO 2 dispersion trends on the surrounding area. Emissions from five (5) industrial stacks, on twenty-eight (28) receptors in the study area were considered for the climate period (2010- 2019) and future period of mid-century (2040-2060) under different scenarios of elevated temperature profiles (+1 o C, + 3 o C and + 5 o C) and wind speed (+0.6 m/s, +1.2 m/s and +1.8m/s) across averaging time periods of 1hr, 4hr and 8hr.Results showed that levels of SO 2 at the receiving sites under current and simulated future climactic condition fall within the allowable limit of WHO and KSA air quality standards. Results also revealed that the projected rise in temperature would only have mild increment on the SO 2 concentration levels while change in wind speed will have more significant impacts. The average increase of SO 2 levels were 0.04%, 0.14%, and 0.23% due to the temperature increase of 1, 3, and 5 degrees respectively while the levels reduced by 10.9%, 15.16% and 18.13% when wind speed increased by 0.6m/s, 1.2m/s and 1.8m/s respectively. This indicates that the changes in wind speed had far more significant effects on air pollutant concentration compared to air temperature. In conclusion, outcome of this work elucidates the degree of the effects of global warming and climate changes phenomena on air quality and can help the policy makers in their decision-making, given the significant health challenges associated with ambient air pollution in Saudi Arabia. Keywords: Air Quality, Sulfur Dioxide, Dispersion models, Global Warming, KSA

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Bassam, Tawabini
Committee Members:	Ole, John Nielsen and Abdullah, Alshuhail
Depositing User:	BABATUNDE MUSTAPHA (g201806220)
Date Deposited:	06 Jan 2022 08:43
Last Modified:	06 Jan 2022 08:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142010