دانشگاه تهران محیط شناسی 1025-8620 مقالات آماده انتشار 2026 04 19 Spatio-Temporal Modeling of Local-Scale Carbon Monoxide Dispersion from Traffic Using the GRAL Model in Urban Environments (Case Study: North Kargar Street, Tehran) مدلسازی مکانی-زمانی انتشار محلی مونوکسیدکربن ناشی از ترافیک با استفاده از مدل GRAL در محیط‌ شهری (مطالعۀ موردی: خیابان کارگرشمالی، تهران) 106591 10.22059/jes.2025.395717.1008608 FA آتنا باقری گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران. هانی رضائیان استادیار گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات مکانی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی جواد سدیدی گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران. شهاب مرادی پور گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران. Journal Article 2025 05 22 Objective: This study adopts a spatio-temporal approach to investigate the dispersion and surface layer deposition of traffic related carbon monoxide particles in a densely built urban area of Tehran. The selected study area a segment of North Kargar Street, is characterized by a complex and heterogeneous urban morphology with high traffic volume and varied building geometries factors that significantly influence pollutant transport and accumulation patterns.<br />Method: Pollutant behavior was analyzed using the GRAL model, a hybrid Eulerian–Lagrangian dispersion model well suited for local-scale urban simulations. Influential variables were categorized into three domains, climatic, spatial, and traffic-related. A one-hour simulation was conducted at five vertical layers (2 m to 26 m) using input parameters calibrated for local conditions. The meteorological dataset, including wind profiles and stability classes (Pasquill-Gifford scheme), was obtained from Iran’s national meteorological agency. Emission factors were computed using field vehicle counts and published coefficients for domestic gasoline vehicles and motorcycles.<br />Results: Model performance was evaluated using Pearson’s correlation coefficient and mean bias error. The highest agreement between modeled and observed carbon monoxide concentrations occurred at the 10.5 m layer, while the lowest was at 26 m, largely influenced by the vertical distance from the monitoring station and reduced building interference at higher elevations. At lower altitudes (2–4.5 m), the model exhibited a positive bias, reflecting the limited wind flow and pollutant retention within street canyons. The spatial analysis showed that pollutant concentrations peaked near street level, particularly at alley entrances and leeward building facades. Streets aligned with the wind acted as ventilation corridors, while crosswinds led to stagnation zones and pollutant accumulation in sheltered urban pockets. As height increased, pollutant distribution became more uniform due to diminished surface obstacles and enhanced vertical mixing. These outcomes highlight the critical role of urban morphology specifically building to street height ratios, canyon geometry, and elevation gradients in shaping dispersion patterns. The results are consistent with previous GRAL-based studies, reinforcing the model’s suitability for dense urban settings.<br />Conclusions: The interplay between urban geometry, wind direction, and atmospheric stability gives rise to highly variable pollutant dispersion patterns in dense urban environments. Variations in building height, street orientation, and surface roughness significantly alter local airflow dynamics, leading to areas of pollutant accumulation and stagnation. This effect is particularly pronounced in narrow street canyons and near tall building facades that disrupt wind penetration and promote recirculation zones. Most pollutant buildup was observed below 30 meters, coinciding with the typical human breathing height, thereby posing direct exposure risks to urban populations. These findings underscore the critical importance of high resolution, local-scale air quality modeling that accounts for the complex morphological features and turbulent flow regimes characteristic of urban landscapes. هدف: این پژوهش با رویکردی مکانی-زمانی، به بررسی الگوی حرکت و رسوب‌گذاری ذرات آلایندۀ مونوکسیدکربن ناشی از ترافیک وسایل‌نقلیه در ترازهای ارتفاعی نزدیک به سطح زمین، در مقیاسی محلی و در بخشی از شهر تهران می پردازد؛ محیطی که با ساختار شهری پیچیده و ناهمگن خود تأثیر بسزایی بر روند پراکندگی آلاینده‌ها دارد.<br />روش: پس از شناسایی پارامترهای مؤثر بر حرکت ذرات آلاینده، این عوامل در سه دستۀ معیارهای اقلیمی، مکانی و ترافیکی طبقه‌بندی شدند. در ادامه، با بهره‌گیری از مدل ریاضیاتی ترکیبی اولرین-لاگرانژین موسوم به GRAL و برقراری ارتباط بهینه میان پارامترها، دینامیک حرکت و غلظت ذرات در بازۀ زمانی یک ‌ساعت پس از انتشار، در پنج سطح ارتفاعی و در بخشی از خیابان کارگرشمالی شهر تهران شبیه‌سازی و تحلیل شد. به‌منظور ارزیابی عملکرد مدل، از شاخص‌های آماری ضریب همبستگی پیرسون و میانگین خطای سوگیری بهره گرفته شد.<br />یافته‌ها: بیشترین همبستگی بین مقادیر پیش‌بینی ‌شده و اندازه‌گیری ‌شده در تراز ارتفاعی 10/5 متر و کمترین مقدار آن در ارتفاع 26 متر به‌دست آمد. در این زمینه، دیواره‌های ساختمانی و ارتفاع ایستگاه نمونه‌برداری نقش مؤثری ایفا می‌کنند. در ارتفاعات پایین‌تر (2 و 4/5 متر)، به‌دلیل وجود موانع ساختمانی و جریان‌های ضعیف باد، تمرکز ذرات بیشتر و سوگیری مدل، مثبت مشاهده شد. با این‌حال، نتایج به‌دست آمده از معناداری آماری برخوردار بوده و نشان ‌دهندۀ عملکرد مناسب مدل در بازنمایی شرایط واقعی هستند. همچنین، بیشترین غلظت ذرات آلاینده در سطح خیابان و در نزدیکی ورودی کوچه‌ها ثبت شد. چنانچه جهت باد همسو با محور خیابان باشد، خیابان به ‌منزلۀ دالانی برای تخلیۀ ذرات آلاینده عمل می‌کند. اما در صورت وزش باد عمود بر جهت عبورومرور، ورودی کوچه‌ها به کانون تمرکز و تخلیۀ آلاینده‌ها تبدیل می‌شود.<br />نتیجه‌گیری: تحلیل نقشه‌های غلظت، میدان باد و پروفیل‌های عمودی نشان داد که متغیرهایی چون هندسۀ شهری (شامل جهت‌گیری و ابعاد معابر و ارتفاع ساختمان‌ها)، جهت باد و میزان پایداری جو، سناریوهای متنوعی از پراکندگی یا رسوب‌گذاری ذرات آلاینده را در محیط شهری رقم می‌زنند. شواهد به‌دست ‌آمده نشان می‌دهند که بیشترین تراکم ذرات آلاینده هم از نظر مدت ‌زمان ماندگاری و هم از نظر حجم تجمع، در ارتفاعی کمتر از 30 متر نسبت به سطح زمین که با محدودۀ تنفسی ساکنان شهر منطبق است، رخ می‌دهد. این یافته‌ها بر ضرورت مدلسازی آلودگی هوا در مقیاس محلی، با لحاظ کردن ویژگی‌های هندسی و جریان‌پذیری محیط‌های شهری تأکید می‌کنند.