Analysis of pollutants in air within the territory of Ukraine using geostatistical methods

Abstract

Air quality has recently been of great concern, as it directly affects people's lives. Continuous monitoring of atmospheric air quality and forecasting the dynamics of its changes are essential steps in assessing its current state and determining the concentration of pollutants. Therefore, the development of an effective system for assessing and forecasting the quality of atmospheric air has become one of the most important tasks. The subject matter of this article is geostatistical methods for air quality analysis. The goal is to analyze pollutants in the air over Ukraine's territory from 1990 to 2021. The dataset on air pollutants was provided by the State Statistics Service of Ukraine in the form of aggregated tables, which were initially processed for subsequent modelling. Cartographic modelling of pollutants was performed using geostatistical methods. As a result, this study presents 13 cartographic models showing the spatial distribution of air pollutants for different regions of Ukraine. However, because of the lack of official information on the presence of military actions, the results of geostatistical methods cannot be interpreted in the context of the military situation in the eastern part of the country. Information about military actions can be gathered from various sources, but this would require a considerable time and effort to structure and systematize the dataset. Conclusions. The method considered in this study cannot simultaneously consider multiple parameters, such as the value of pollutant indicators and the presence of military actions. Additional methods, such as graph theory and regression analysis, are employed to obtain quantitative assessments of the modelling results considering all factors influencing the environmental condition. The chosen method is a straightforward tool for solving environmental problems. Thanks to available GIS systems like ArcGIS Pro, visualization of the applied geostatistical and mathematical methods is possible. The cartographic models presented in this study cover the entire territory of Ukraine and have administrative boundaries depending on the location of the pollutant collection station.

Якість повітря останнім часом викликає величезне занепокоєння, оскільки воно безпосередньо впливає на життя людей. Постійний моніторинг якості повітря та прогнозування динаміки його змін є необхідним етапом оцінювання його поточного стану та визначення концентрації забруднюючих речовин. Тому розробка ефективної системи оцінки та прогнозування якості повітря стала одним із найважливіших завдань. У цій роботі проводиться аналіз забруднюючих речовин на території України у період з 1990–2021 років. Набір даних про забруднюючі речовини у повітрі представлений державною службою статистики України у вигляді узагальнених таблиць, які були первинно опрацьовані для подальшого моделювання. Картографічне моделювання забруднюючих речовин проведено із застосуванням геостатистичних методів. Як результат, представлено 13 картографічних моделей просторового розподілу забруднюючих речовин повітря для різних регіонів України. У зв'язку з відсутністю офіційної інформації про наявність бойових дій, результати застосування геостатистичних методів не можуть бути інтерпретовані в контексті військової ситуації на сході країни. Інформація про бойові дії може бути зібрана з різних джерел, проте це вимагатиме великих витрат за часом для структурування та систематизації набору даних. Метод, що розглядається в роботі, не може бути застосований з урахуванням декількох параметрів одночасно, а саме значення показника забруднюючої речовини та наявність бойових дій. Для цього застосовуються додаткові методи теорії графів, регресійного аналізу для одержання кількісних оцінок результатів моделювання з урахуванням усіх факторів впливу на екологічну ситуацію. Вибраний метод є простим інструментом для вирішення екологічних завдань. Завдяки готовим ГІС системам, таким як ArcGISPro, є можливість візуалізації застосовуваних геостатистичних та математичних методів. Картографічні моделі, представлені в роботі, покривають усю територію України та мають адміністративні кордони в залежності від розташованої станції збору про забруднювальну речовину.