Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005-2015

Vietnam J Agri Sci 2016, Vol 14, No 8: 1219-1230 Tạp chí KH Nơng nghiệp Việt Nam 2016, tập 14, số 8: 1219-1230 www.vnua.edu.vn ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ NGHIÊN CỨU THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT 12 QUẬN NỘI THÀNH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2005 - 2015 Nguyễn Đức Thuận*, Phạm Văn Vân Khoa Quản lý đất đai, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Email*: nguyenducthuan@vnua.edu.vn Ngày gửi bài: 19.02.2016 Ngày chấp nhận: 15.07.2016 TĨM TẮT Thủ Hà Nội có 30 đơn vị hành với diện tích 3.344,7 km , mật độ dân số đông nên sở hạ tầng, nhà phát triển nhanh chóng gây nên tượng “đảo nhiệt” thị ảnh hưởng khơng nhỏ đến biến đổi khí hậu Việt Nam Vì vậy, nhóm tác giả nghiên cứu sử dụng đặc trưng thông tin kênh phổ liệu ảnh vệ tinh Landsat khu vực 12 quận nội thành Hà Nội cho giai đoạn năm 2005, 2010 2015 Với kênh hồng ngoại nhiệt sau giá trị pixel chuyển từ dạng số (DN) sang giá trị lượng xạ phổ (L ) xác định nhiệt độ sáng bề mặt đất (TB), nhiên để xác định nhiệt độ thực (TC) cần hiệu chỉnh với giá trị độ phát xạ () lớp phủ đất thông qua giá trị số thực vật (NDVI) giá trị lượng phản xạ phổ ( ) dựa kênh đỏ kênh cận hồng ngoại Kết hợp với trạng đất đô thị xác định qua q trình giải đốn ảnh vệ tinh phương pháp phân loại có kiểm định tìm phương trình hồi quy tương quan nhiệt độ bề mặt tốc độ thị hóa nhằm đưa giải pháp nâng cao đời sống dân sinh Từ khóa: Đảo nhiệt bề mặt thị, hệ thống thông tin địa lý, viễn thám Application of Remote Sensing and GIS to Study Surface Temperature Changes of The Urban Districts in Hanoi during 2005 - 2015 Period ABSTRACT Hanoi city has 30 administrative units with area of 3.344,7 km High population density leads to fast development of infrastructure and residences, therefore, causing urban “heat island” phenomenon that dramatically affects climate change in Vietnam Thus, authors used characterized information of bands of satellite image data of Landsat involving 12 urban districts of Hanoi during periods, 2005, 2010, and 2015 With infrared bands, after pixel values were converted from digital number (DN) into energy of Atmosphere spectral radiance, the light surface temperature was determined However, the real temperature was then determined by adjusting the emissivitty of top cover layer via Normalized Difference Vegetation Index and energy of radiance to top of atmosphere reflectance based on red and near - infrared bands Combined with urban land situation estimated from image satellite analysis via accreditation classifying method, the correlation regression equation between surface temperature and urbanization speed was proposed Keywords: GIS, remote sensing, urban surfce temperature changes ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiệt độ bề mặt đất có vai trị đặc biệt q trình vật lý xảy đất khí quyển, yếu tố quan trọng tác động trực tiếp môi trường đời sống người Tuy nhiên, để xác định nhiệt độ bề mặt khu vực rộng lớn cần trạm quan trắc khí tượng bố trí bề mặt đất với số lượng lớn hoạt động thời gian dài để 1219 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân cung cấp thơng tin xác bề mặt khu vực Một quốc gia cịn khó khăn điều kiện kinh tế nước ta điều khơng thể q trình thị hóa nhanh chóng bê tơng hóa dần lớp phủ thực vật, dẫn tới nhiệt độ bề mặt đất tăng lên, góp phần khơng nhỏ tới nóng lên tồn cầu, gây thiên tai lụt lội định trạng đất đô thị 12 quận nội thành Hà Nội năm 2005, 2010 2015, qua tìm mối tương quan nhiệt độ bề mặt lớp phủ bề mặt Hoa Kỳ quốc gia đầu công nghiên cứu bề mặt trái đất từ liệu ảnh vệ tinh, tiêu biểu hệ vệ tinh Landsat, mở đầu Landsat - phóng thành cơng năm 1972, hệ Landsat Landsat - hoạt động Từ hệ Landsat - mang theo cảm TM (Thematic Mapper) nhằm thu nhận lượng xạ nhiệt hệ Landsat - cảm MMS (Multi Spectral Scanner) cung cấp ảnh đa phổ cịn mang theo cảm ETM+ (Enhanced Thematic Mapper+) có khả thu nhận lượng xạ nhiệt đối tượng bề mặt tự nhiên tạo ảnh nhiệt có độ phân giải cao; thơng qua nguồn liệu hồn tồn xác định nhiệt độ khu vực trái đất Tuy nhiên, vào năm 2003 Landsat - bị hỏng cảm nên liệu ảnh bị lỗi (sọc ảnh) quan hàng không vũ trụ NASA (Hoa Kỳ) đưa phương pháp khắc phục dựa thuật toán hồi quy nên chất lượng liệu đảm bảo độ xác Năm 2013, Landsat - phóng thành cơng với số lượng kênh phổ tăng lên ảnh nhiệt cảm TIRS cung cấp Dữ liệu nghiên cứu bao gồm liệu ảnh vệ tinh Landsat - ngày 05/05/2005 24/05/2010 với kênh phổ; liệu ảnh vệ tinh Landsat - ngày 01/07/2015 với 11 kênh phổ liệu tải từ trang http://earthexplorer.usgs.gov/ Hội khảo sát địa chất Hoa Kỳ cho khu vực thành phố Hà Nội với độ phủ mây 0% Thủ đô Hà Nội sau mở rộng địa giới hành từ năm 2008 tăng lên 30 đơn vị hành bao gồm 12 quận 17 huyện với diện tích 3.344,7 km2, dân cư tăng lên gần triệu dân Ngoài ra, dân nhập cư chiếm số lượng lớn nên việc phát triển sở hạ tầng, nhà mở rộng gây tượng “đảo nhiệt” đô thị (bề mặt khu vực đô thị nóng so với khu vực ngoại xung quanh), góp phần khơng nhỏ đến biến đổi khí hậu Việt Nam Dữ liệu ảnh Landsat - TM Landsat - OLI/TIRS (Operational Land Imager - Thermal Infrared Sensor) nguồn liệu quan trọng hiệu cho việc tính tốn nhiệt độ bề mặt xác 1220 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Xác định nhiệt độ thực bề mặt a Xác định nhiệt độ sáng (TB) - Tính chuyển giá trị pixel từ dạng số (DN) sang giá trị lượng xạ phổ (L ) Landsat L  - L = 5: (   ) ×Q + (Chander et al., 2003) Trong đó: L xạ  ,L ứng  với : Giá trị lượng Q và Q (Watts/(m2.srad.µm)); QCAL: Giá trị xạ hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên; Q ,Q : Giá trị xạ đă hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên, có giá trị lớn nhỏ Landsat - 8: L= ML × QCAL + AL (U.S Geological Survey, 2013) Trong đó: ML: Giá trị lượng xạ mở rộng; AL: Hằng số hiệu chỉnh - Tính chuyển giá trị L sang giá trị TB: T = (U.S Geological Survey, 2013) (  ) Trong đó: TB: Giá trị nhiệt độ chiếu sáng (Kelvin - K); K1, K2: Hằng số hiệu chỉnh ảnh hồng ngoại nhiệt vệ tinh Landsat (W/(m2.sr.µm) K) Ứng dụng cơng nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005 - 2015 b Xác định độ phát xạ bề mặt () (d) = 0,04 - Tính số thực vật (NDVI): NDVI = (USGS, 2001) c Tính nhiệt độ thực bề mặt (TC): B = T = T → T = − 273,1 (Valor et  Trong đó: RED: Kênh đỏ; NIR: Kênh cận hồng ngoại - Tính giá trị lượng phản xạ phổ ( ) kênh NIR kênh RED Landsat - 5:  =     (Gyanesh et al., 2003) Trong đó: d: Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời (đơn vị thiên văn); ESUN : Giá trị lượng xạ mặt trời (W/(m2.µm)); SE, SZ: Góc chiếu mặt trời (đơn vị độ); SZ: Góc thiên đỉnh èSE (SZ = 900 - SE) Landsat - 8:  =   =   với ' = MQcal + A (U.S Geological Survey, 2013) Trong đó:  ’: Giá trị lượng phản xạ phổ trước hiệu chỉnh; M: Giá trị lượng phản xạ mở rộng; A: Hằng số hiệu chỉnh phản xạ - Tính hợp phần thực vật (pV): p = với k = (Valor et al., 1996) Trong đó: i: Giá trị NDVI điểm ảnh không nhất; ig,iv: Giá trị NDVI điểm ảnh đất thực vật; p2v, p1v p2g, p1g: Giá trị phản xạ kênh NIR kênh RED điểm ảnh thực vật đất - Xác định độ phát xạ bề mặt:  = v.pv + s.(1 - pv) + d với d = 4(d).pv.(1 - pv) (Valor et al., 1996) Trong đó: v, s: Tán xạ bề mặt thực vật đất trống; d: Giá trị trọng số trung bình có tính đến giá trị phát xạ trung bình loại bề mặt khác nhau; al., 1996) Trong đó: : Hằng số Stefan Boltzmann (5.67 x 10-8 Wm-2 K-4); B: Bức xạ tổng phát (Wm2); TC: Nhiệt độ thực bề mặt (0C); : Thay đổi từ đến d Đánh giá độ xác kết tính nhiệt độ bề mặt Độ xác kết tính nhiệt độ thực bề mặt đánh giá dựa vào giá trị chênh lệch nhiệt độ (bias) hiệu số giá trị tính tốn từ liệu ảnh vệ tinh (T í ) và giá trị quan ắ ắ trắc (T ): bias = T í − T (Tran Thi Van, 2014) 2.2.2 Xác định trạng lớp phủ bề mặt Phương pháp phân loại có kiểm định hình thức phân loại mà tiêu phân loại xác lập dựa vùng mẫu dùng luật định dựa thuật tốn thích hợp để gắn nhãn pixel ứng với vùng phủ cụ thể.Thuật toán lựa chọn để thực thuật toán xác suất cực đại 2 T -1 gi (x)=1np(i )- 1n|i |- (x-mi ) ∑i (x-mi ) (Gupta, 1991) Trong đó: i: Đối tượng phân loại; x: Số kênh phổ; p(i): Giá trị xác xuất xảy đối tượng i giống đối tượng khác; |i|: Ma trận hiệp phương sai đối tượng i; i-1: Ma trận nghịch đảo đối tượng i; mi: Giá trị vector thay đổi phổ Đây cách thức phân loại xác lại nhiều thời gian tính toán phụ thuộc phân bố chuẩn liệu (Nguyen Duc Thuan et al., 2015) Bao gồm bước sau: - Xác định loại đất theo mục đích sử dụng nhằm xây dựng khóa giải đốn ảnh - Lựa chọn đặc tính phổ cấu trúc nhằm tách biệt lớp đối tượng với - Chọn vùng mẫu khoanh vẽ trực tiếp lên ảnh định tới kết phân loại 1221 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân - Đánh giá độ xác tệp mẫu so sánh khác biệt mẫu phân loại với mẫu khác Trong đó: b1, b2,…, bk: Hệ số hồi quy phần; a: Hệ số chắn - Đánh giá độ xác phân loại ảnhdựa vào số Kappa (), số nằm phạm vi từ đến biểu thị giảm theo tỷ lệ sai số thực yếu tố phân loại hoàn toàn ngẫu nhiên KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định nhiệt độ thực bề mặt giai đoạn năm 2005, 2010 2015 r r  r       N  xii  ( xi xi ) /  N  ( xi xi ) i 1 i1  i1    3.1.1 Xác định nhiệt độ sáng (TB) a Tính chuyển giá trị pixel từ dạng số (DN) sang giá trị lượng xạ phổ (L ) (Jensen, 1996) Giá trị DN (Digital Number) giá trị điểm ảnh lưu dạng số Dữ liệu Landsat - có cấu trúc bit nên giá trị DN từ đến 28, liệu Landsat - có cấu trúc 16 bit nên giá trị DN từ đến 216 Giá trị L giá trị lượng mà đối tượng bề mặt đất hấp thụ sau xạ vào khí Q trình tính chuyển giá trị DN sang giá trị L cho kênh 3, với liệu Landsat - 5, kênh 10 với liệu Landsat - (Bảng 2) tính tốn dựa giá trị xạ phổ chuẩn L  , L , Q , M , A lấy từ file L L  Trong đó: N: Tổng số điểm lấy mẫu; r: Số lớp đối tượng phân loại; xii: Số điểm thực địa lớp thứ 1; xi+: Tổng điểm thực địa lớp thứ i mẫu; x+i: Tổng điểm thực địa lớp thứ i sau phân loại 2.2.3 Xác định tương quan nhiệt độ bề mặt đô thị lớp phủ bề mặt Mơ hình hồi quy tuyến tính nhiều chiều nghiên cứu phụ thuộc biến ngẫu nhiên y nhiều biến độc lập x1, x2, , xk Do mơ hình tổng quát có dạng: Y = a + b1x1 + b2x2 + + bkxk (Lê Đức Vĩnh, 2006) Bảng Giá trị  METADATA (Bảng 1) b Tính chuyển giá trị L sang giá trị TB Kết tính TB theo đơn vị Kelvin kênh hồng ngoại nhiệt thể qua bảng ,  , , ML AL Landsat - Landsat - Kênh Kênh Kênh LMAX 264,000 221,000 15,303 ML 0,0003342 LMIN - 1,170 - 1,510 1,238 AL 0,1 255 255 255 Q Kênh 10 CAL MAX Bảng Giá trị Lë Landsat - Landsat - Kênh Kênh Kênh 05/05/2005 45,524 ≤ L ≤ 264 18,559 ≤ L ≤ 221 8,573 ≤ L ≤ 10,559 24/05/2010 22,747 ≤ L ≤ 264 12,451 ≤ L ≤ 221 8,518 ≤ L ≤ 10,449 1222 Kênh 10 01/07/2015 9,301 ≤ L ≤ 11,919 Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005 - 2015 Bảng Giá trị TB theo đơn vị K Landsat - (kênh 6) Landsat - (kênh 10) 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 294,863 ≤ TB ≤ 309,722 294,425 ≤ TB ≤ 308,938 297,904 ≤ TB ≤ 315,309 3.1.2 Xác định độ phát xạ bề mặt () a Tính số thực vật (NDVI) NDVI chênh lệch chuẩn hóa hệ số phản xạ kênh RED NIR Chỉ số NDVI cho ta đánh giá chung độ phát triển xanh thực vật, qua theo dơi giám sát thay đổi thảm thực vật theo thời gian Kênh RED NIR tương ứng kênh với Landsat-5, kênh với Landsat-8 Chỉ số NDVI nhận giá trị nằm khoảng -1 đến 1, thực vật khoảng 0,2 - 1,0 Nếu NDVI > 0,5 phủ kín thực vật; NDVI < 0,2 đất trống khơng có thực vật bao phủ; Đối với nước đất ẩm, NDVI nhận giá trị âm (Trịnh Lê Hùng, 2014) Kết tính số NDVI thể thể bảng b Tính giá trị lượng phản xạ phổ () Ngày 05/05/2005 tương ứng ngày thứ 125 năm 2005 nên lấy giá trị trung bình khoảng cách d ngày thứ 121 135 làm giá trị khoảng cách d Ngày 24/05/2010 tương ứng ngày thứ 144 năm 2010 nên lấy giá trị trung bình khoảng cách d ngày thứ 121 135 làm giá trị khoảng cách d (Chander et al., 2003) Các giá trị d, ESUN , SE, M, A sử dụng tính tốn thể bảng 5, kết tính  thể thể bảng c Tính hợp phần thực vật (Pv) Để xác định giá trị i, iv, ig, p2v, p1v, p2g p1g nhằm tính pv, tác giả tiến hành khảo sát thực địa GPS cầm tay, kết hợp với tài liệu thu thập, q trình giải đốn ảnh mắt thu thập thông tin từ người dân đă lựa chọn vị trí điểm mẫu đặc trưng bao gồm: Điểm không (Đại học Bách khoa Hà Nội), điểm thực vật (Công viên Bách Thảo) điểm đất (Sân vận động Đại học Y Hà Nội) Kết thể bảng d Xác định độ phát xạ bề mặt () Để tính  người ta hay dùng phương pháp dựa số NDVI biết trước độ phát xạ đất trống thực vật cấu trúc phân bố thực vật Nên việc ước tính  từ kênh RED NIR theo số NDVI đơn giản Giá trị v, s xác định dựa theo đồ thị tương quan Valor and Caselles (1996) Giá trị v, s  thể qua bảng Bảng Chỉ số NDVI Landsat-5 Landsat-8 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 - 0,551 ≤ NDVI ≤ 0,453 - 0,368 ≤ NDVI ≤ 0,723 - 0,271 ≤ NDVI ≤ 0,650 Bảng Giá trị d, ESUN , SE, M A Landsat-5 (05/05/2005) Kênh d ESUN SE Kênh Landsat-5 (24/05/2010) Landsat-8 Kênh Kênh 4, 1,0093 1.554 Kênh 1,0125 1.036 65,07195019 1.554 1.036 67,32085820 M x 10 - A - 0,1 SE 67,12788270 1223 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân Bảng Giá trị  Landsat-5 Landsat-8 Kênh Kênh 05/05/2005 0,095 ≤ ñ ≤ 0,555 0,058 ≤ ñ ≤ 0,697 24/05/2010 - 0,708 ≤ ñ ≤ - 0,061 - 0,889 ≤ ñ ≤ - 0,050 01/07/2015 Kênh Kênh - 1,005 ≤ ñ ≤ - 0,029 - 1,102 ≤ ñ ≤ - 0,009 Bảng Giá trị i, iv, ig, p2v, p1v, p2g, p1g pv Landsat-5 Landsat-8 Điểm đặc trưng 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 Không i= 0,053 0,350 0,380 Thuần thực vật iv = 0,138 0,562 0,449 p2v = 0,220 - 0,345 - 0,310 p1v = 0,133 - 0,074 - 0,050 ig = 0,128 0,017 0,095 p2g = 0,218 - 0,299 - 0,362 p1g = 0,303 - 0,231 - 0,280 Pv = 0,479 0,927 0,859 Thuần đất Hợp phần thực vật Bảng Giá trị v, s  Landsat-5 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 Tán xạ bề mặt thực vật v 0,954 0,951 0,969 Tán xạ bề mặt đất trống s 0,953 0,957 0,951 Độ phát xạ bề mặt  0,993 0,962 0,985 3.1.3 Tính nhiệt độ thực bề mặt Các phương pháp thông thường khác có tính tới yếu tố phát xạ thường sử dụng giá trị trung bình cho tồn khu vực Vì thế, nhiệt độ thực bề mặt sau tính tốn có độ xác tương đối Tuy nhiên, sử dụng phương pháp xác định  số NDVI nhiệt độ thực bề mặt ước tính nhanh chóng mà khơng cần tới bước tính tốn phức tạp thơng lệ (Bảng 9) 3.1.4 Đánh giá độ xác kết tính nhiệt độ thực bề mặt Để đánh giá độ xác cần có số liệu đo quan trắc thực nghiệm số vị trí lựa 1224 Landsat-8 chọn Vì vậy, trình áp dụng với liệu (01/07/2015) thời gian lấy số liệu quan trắc phải thời gian vệ tinh qua khu vực nghiên cứu Với giá trị chênh lệch nhiệt độ trung bình 1,63°C cho thấy kết đạt tương đối tốt (Bảng 10) 3.1.5 Xây dựng đồ phân bố nhiệt độ bề mặt Bảng Giá trị TC theo đơn vị °C Landsat-5 Landsat-8 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 23≤TC≤38 25≤TC≤39 27≤TC≤44 Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005 - 2015 3.2 Xác định trạng lớp phủ bề mặt giai đoạn năm 2005, 2010 2015 3.2.2 Xây dựng tệp mẫu đánh giá độ xác tệp mẫu 3.2.1 Xây dựng khóa giải đoán ảnh Từ số liệu điều tra thực địa tiến hành khoanh vẽ trực tiếp lên ảnh cần phân loại Dựa vào đặc tính lượng phản xạ phổ đối tượng chọn tập mẫu để tính tốn khác biệt theo phương pháp Display Mean Plot Windown, giá trị mẫu kênh phổ cách xa độ xác tốt ngược lại Qua hình thấy độ xác tệp mẫu đạt độ xác cao Để xây dựng khố giải đốn ảnh, cần xác định loại đất theo mục đích sử dụng khu vực nghiên cứu Căn vào trạng sử dụng đất, đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh, độ phân giải ảnh, tác giả xây dựng loại hình lớp phủ (Bảng 11) từ xây dựng khóa giải đốn ảnh vệ tinh Bảng 10 Kết đánh giá độ xác tính nhiệt độ thực bề mặt T Vị trí quan trắc (m) í T ắ Giá trị chênh lệch nhiệt độ X = 2.325.613,251 ; Y = 593.942,011 37,6 35,8 1,8 X = 2.324.152,555 ; Y = 585.723,589 33,6 32,1 1,5 X = 2.322.460,979 ; Y = 580.174,203 28,9 27,3 1,6 (a) (b) (c) Hình Bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt ngày 05/05/2005 (a), 24/05/2010 (b) 01/07/2015 (c) Bảng 11 Các loại hình lớp phủ Loại hình lớp phủ Mơ tả Đất xây dựng Đất ở, đất giao thông, đất chợ, Đất mặt nước Sông, suối, ao, hồ tự nhiên, Thực vật Đất có thảm thực vật che phủ đất trồng lúa, 1225 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân (a) (b) (c) Hình Kết đánh giá độ xác tệp mẫu ngày 05/05/2005 (a), 24/05/2010 (b) 01/07/2015 (c) 3.2.3 Phân loại ảnh đánh giá độ xác ảnh phân loại 3.2.4 Xây dựng đồ trạng lớp phủ bề mặt Từ tệp mẫu, tiến hành phân loại có kiểm định theo thuật toán xác xuất cực đại, đồng thời lọc nhiễu kết phân loại để gộp pixel lẻ tẻ phân loại lẫn vào lớp chứa Để đánh giá độ xác kết ảnh phân loại, với ảnh phân loại ngày 01/07/2015 tác giả sử dụng thiết bị đo GPS cầm tay đối soát thực địa với 50 điểm GPS; Với ảnh phân loại ngày 05/05/2005 24/05/2010 sử dụng kết điều tra thực địa kết hợp đồ trạng sử dụng đất để xây dựng 50 điểm kiểm tra cho thời điểm Quá trình đánh giá thực tự động phần mềm ErDAS 2014 đạt kết tốt Cụ thể độ xác phân loại ảnh ngày 05/05/2005 đạt 96,00%  = 0,937; ngày 24/05/2010 đạt 92,00%  = 0,877; ngày 01/07/2015 đạt 96,00%  = 0,937 1226 (a) Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005 - 2015 3.3 Tương quan nhiệt độ bề mặt lớp phủ bề mặt giai đoạn năm 2005, 2010 2015 3.3.1 Biến đổi nhiệt độ a Bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt (b) (c) Hình Bản đồ trạng lớp phủ bề mặt ngày 05/05/2005 (a), 24/05/2010 (b) 01/07/2015 (c) Hình cho thấy nhiệt độ cao tập trung quận trung tâm bao gồm: Quận Cầu Giấy, Ba Đình, Đống Đa, Hồn Kiếm Đây khu vực nội thành tập trung mật độ dân số cao, tỉ lệ xanh thấp với mức độ đô thị hóa lớn cụ thể ngày 05/05/2005 38oC, 24/05/2010 39oC, 01/07/2015 44oC Tuy nhiên nhiệt độ cao phân bố rải rác số quận có khu cơng nghiệp (khu cơng nghiệp Hanel thuộc quận Long Biên), xưởng nhà máy sản xuất (Công ty May 10 thuộc quận Long Biên), trục đường giao thông nơi tập chung đơng dân cư (Đường Nguyễn Trãi thuộc quận Nam Từ Liêm), Nền nhiệt độ thấp nơi có tỷ lệ xanh lớn, có mặt nước che phủ tập chung khu vực xa trung tâm nội thị - nơi giáp ranh với quận trung tâm bốn phía (Đơng, Tây, Nam, Bắc) quận Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Long Biên, Hồng Mai, Hà Đơng, Tây Hồ; Cụ thể ngày 05/05/2005 23oC, 24/05/2010 25oC, 05/05/2015 27oC Nền nhiệt độ trung bình tập trung khu vực giáp ranh với quận trung tâm, nơi có trình thị hóa nhanh chóng, cụ thể ngày 05/05/2005 26,73oC, 24/05/2010 30,31oC, 01/07/2015 30,53oC Qua thấy nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành có xu hướng tăng lên (Hình 4) Hình Biểu đồ mức nhiệt độ bề mặt 1227 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân b Biến động đảo nhiệt thị bề mặt Đơng, Hồng Mai, Long Biên) số SUHI Qua hình thấy rằng, theo cấu trúc không nằm phân bổ rải rác khác gian, đảo nhiệt đô thị bề mặt (SUHI - Surface 3.3.2 Biến động thị diện tích khơng gian Urban Heat Island) có thay đổi mở rộng rơ Kết xử lý ảnh vệ tinh phương pháp viễn thám cho thấy vòng 10 năm từ tháng 05/2005 đến tháng 07/2015, diện tích đất thị (đất xây dựng) tăng lên 2,16 lần (Bảng 12 hình 6) Qua hình thấy rằng, khu vực 12 quận nội thành phát triển mạnh theo hướng lan tỏa từ khu vực quận trung tâm tập trung mở rộng tất phía, đặc biệt dọc theo trục đường quận giáp quận trung tâm rệt từ kiểu chấm vùng nhỏ phân tán năm 2005 đến kiểu chuỗi vùng tập trung lớn dần từ năm 2010 đến năm 2015 Đặc biệt khu vực quận trung tâm, SUHI chuyển từ mật độ dày sang mật độ dày đặc Ngồi SUHI cịn tăng lên nhanh chóng q trình thị hóa, mở rộng từ vùng giáp ranh với quận trung tâm (Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Hà (a) (b) (c) Hình Đảo nhiệt thị bề mặt Bảng 12 Thống kê diện tích loại hình lớp phủ 05/05/2005 24/05/2010 01/07/2015 Loại hình lớp phủ Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Đất xây dựng 7.648,76 32,75 10.313,57 44,16 16.537,68 70,81 Đất mặt nước 2.498,99 10,70 1.968,82 8,43 1.674,55 7,17 Thực vật 13.207,25 56,55 11.072,61 47,41 5.141,77 22,02 23.355 100 23.355 100 23.355 100 Tổng Hình Biểu đồ biến động thị diện tích khơng gian 1228 Ứng dụng cơng nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005 - 2015 3.3.3 Đánh giá tương quan nhiệt độ bề mặt thị hóa Mơ hình hồi quy tuyến tính nhiều chiều ứng dụng để tìm mối liên hệ thay đổi nhiệt độ q trình thị hóa với biến gồm: nhiệt độ bề mặt (NĐ) - biến phụ thuộc, ba yếu tố dựa sở ảnh vệ tinh xem ba biến độc lập q trình thị hóa liên quan đến q trình chuyển đổi bề mặt lượng hóa đưa vào xem xét tương quan là: XD phần trăm diện tích đất xây dựng, MN - phần trăm diện tích đất mặt nước, TV - phần trăm diện tích lớp phủ thực vật Số liệu thống kê trích xuất trực tiếp từ ảnh vệ tinh cho biến số NĐ, XD, MN TV Số liệu diện tích đất xây dựng, mặt nước thực vật chuyển đổi sang tỷ lệ phần trăm Kết tính tương quan biến NĐ biến độc lập thị thị hóa cho biết, trị tuyệt đối hệ số tương quan NĐ - XD 0,795; NĐ - MN 0,645; NĐ - TV 0,412 nghĩa biến XD có tầm quan trọng (trọng số) lớn biến tác động đến biến NĐ Từ đó, tác giả chọn biến XD làm biến trọng số Phương trình hồi quy tuyến tính sau: NĐ = 36,01 + 0,02*XD - 0,09*MN - 0,07*TV Bảng 13 cho biết, kết phương trình hồi quy tuyến tính phù hợp với tập liệu đến mức 92% (R Square = 0,92) Phương trình hồn tồn chấp nhận được, hệ số hồi quy biến thị thị hóa có ý nghĩa việc phân tích đánh giá tác động đến biến đổi nhiệt độ bề mặt đô thị Biến XD tác động thuận chiều với biến động nhiệt độ bề mặt, biến TV MN lại ảnh hưởng nghịch chiều với chúng Hệ số chuẩn hóa t Stat có ý nghĩa mơ tả tầm quan trọng tương đối biến độc lập mơ hình hồi quy Hệ số t Stat = 0,02 biến XD mang ý nghĩa tác động thuận lớn biến tác động lên thay đổi nhiệt độ bề mặt Nghĩa là, tăng phần trăm diện tích đất xây dựng kéo theo tăng nhiệt độ bề mặt Tác động nghịch lớn biến phần trăm diện tích mặt nước với hệ số t Stat = -0,11, tác động nghịch diện tích lớp phủ thực vật (t Stat = -0,09) Điều cho thấy, nhu cầu giảm diện tích đất xây dựng, tăng diện tích mặt nước lớp phủ thực vật cần thiết để giảm bớt tình trạng tăng nhiệt độ khu đô thị Bảng 13 Kết tính hồi quy tương quan biến 1229 Nguyễn Đức Thuận, Phạm Văn Vân KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Quá trình thị hóa khu vực 12 quận nội thành diễn mạnh mẽ khoảng thời gian 10 năm từ 05/2005 đến 07/2015, diện tích đất xây dựng tăng lên 2,16 lần - Nền nhiệt cao tăng nhanh tỷ lệ thuận với tốc độ thị hóa quận giáp quận trung tâm quận Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Hà Đơng, Hồng Mai, Long Biên - Tìm mối tương quan nhiệt độ bề mặt thị hóa: NĐ = 36,01 + 0,02*XD 0,09*MN - 0,07*TV 4.1 Kiến nghị - Phương trình hồi quy tương quan biến thấy biến XD tác động thuận chiều với thay đổi nhiệt độ bề mặt, biến TV MN lại ảnh hưởng nghịch chiều với Do đó, kết nghiên cứu gợi ý giúp nhà quản lý quy hoạch quan tâm chiến lược phát triển lâu dài thành phố Hà Nội - Cần thử nghiệm khu vực khác với nguồn liệu vệ tinh khác để khẳng định tính đắn phương pháp 1230 TÀI LIỆU THAM KHẢO Gyanesh Chander and Brian Markham (2003) Revised Landsat-5 TMRadiometric Calibration, Procedures and Postcalibration Dynamic Ranges Iee transactions on Geoscience and Remote sensing, 41(11) Gupta R.P (1991) Remote Sensing Geology Springer - Verlag, Berlin and Heidelberg, Germany John R Jensen (1996) Introductory Digital Image Processing Lê Đức Vĩnh (2006) Giáo trình xác suất thống kê Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Nguyen Duc Thuan, Tran Quoc Vinh, Le Thi Giang (2015) Research andapplication of remote sensing and gis technologies in determining and forecast the land cover changes by markov chain in Y Yen district - Nam Dinh province Proceedings GIS 2015 conference Tran Thi Van (2014) Monitoring Urban Heat Island in Vietnam with Remote Sensing International Workshop on Air Quality in Asia, Hanoi, Vietnam, June 24 ‐26th, 2014 USGS (2001) Landsat Science Data User’s Handbook U.S Geological Survey (2013) Using the USGS Landsat Product, http://landsat.usgs.gov /Landsat8_Using_Product.php Cited 23/6/2015 Valor E and Caselles V (1996) Mapping Land Surface Emissivity from NDVI: Application to European, African, and South American Areas Remote Sensing of Environment, 57: 167 - 184