Luận văn thạc sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5 trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

VÕ QUỐC BẢO

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN BỐ BỤI PM2.5

TRONG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

MÃ SỐ:60.85.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Thị Vân Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Lâm Đạo Nguyên

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Nguyễn Kim Lợi

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 17 tháng 01 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS.TS Lê Văn Trung

2 TS Lâm Đạo Nguyên 3 PGS.TS Nguyễn Kim Lợi 4 PGS.TS Lê Trung Chơn 5 TS Nguyễn Nhật Huy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: VÕ QUỐC BẢO MSHV: 1670386

Ngày, tháng, năm sinh: 27 – 06 – 1991 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi Trường Mã số : 60850101

I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN

BỐ BỤI PM2.5 KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ: Thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5 cho TP.HCM bằng kỹ thuật viễn thám, từ đó đánh giá và đề xuất giải pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu nồng độ PM2.5 trong khu vực

2 Nội dung nghiên cứu:

- Tổng quan tài liệu và tình hình nghiên cứu

- Xây dựng hàm mô phỏng phân bố không gian bụi PM2.5 từ phân tích tương quan hồi quy giữa giá trị AOD từ ảnh vệ tinh MODIS và dữ liệu quan trắc mặt đất

- Tính toán AOD ảnh Landsat

- Thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5 và đánh giá thực trạng ô nhiễm bụi PM2.5 trong khu vực nghiên cứu

- Đề xuất các giải pháp nhằm kiểm soát và hạn chế ảnh hưởng của bụi PM2.5 tác động lên môi trường và lên sức khỏe con người.

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Quý thầy cô Khoa Môi Trường và Tài Nguyên thuộc trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền thụ cho tôi những kiến thức và hành trang cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này

Ngoài ra, tôi cũng xin cám ơn công ty Environmental Source Samplers (ESS) đã tạo điều kiện cho tôi có được dữ liệu để thực hiện công trình nghiên cứu của mình

Trong suốt quá trình làm luận văn, nhất định sẽ có những sai xót không thể tránh khỏi, tôi rất mong sẽ nhận được ý kiến đóng góp của tất cả mọi người

Xin chân thành cám ơn

Võ Quốc Bảo

TÓM TẮT

Vật chất lơ lửng dạng hạt (PM) được biết đến như một chất gây ô nhiễm không khí có thể gây hại đến sức khỏe con người Kích thước càng nhỏ, độc tính của chúng càng cao PM2.5 là những hạt vật chất có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 2.5 µm, hay còn gọi là bụi mịn trở nên nguy hiểm nhất trong số đó Trong nghiên cứu này, dữ liệu PM2.5 tại 2 trạm quan trắc khác nhau trong TP.HCM, cùng với AOD đã tính toán sẵn của ảnh MODIS được trích xuất để phân tích tương quan hồi quy Phân tích cho thấy hàm hồi quy phi tuyến dạng logarit có kết quả tương quan tốt nhất với hệ số tương quan R = 0.912 Phân bố bụi PM2.5 sau đó được thiết lập trên ảnh Landsat có độ phân giải thấp hơn Nghiên cứu cho thấy nồng độ bụi PM2.5 trung bình trên toàn TP.HCM cao hơn ngưỡng cho phép được quy định trong QCVN05:2013/BTNMT (33.47 µg/m3 so với 25µg/m3, trung bình năm), và nồng độ bụi PM2.5 tại các quận trung tâm có xu hướng cao hơn tại các quận, huyện vùng ven Mặt khác, nghiên cứu cũng cho thấy với chỉ số AQI-PM2.5 trung bình thành phố khoảng 97.38, cao nhất lên đến 159 chứng tỏ ô nhiễm bụi mịn đang dần trở thành mối nguy lớn đối với cộng đồng dân cư TP.HCM, đặc biệt là nhóm đối tượng nhạy cảm Mô hình phân tích SWOT được thực hiện để đánh giá các điểm mạnh, điểm yếu của công tác giám sát PM2.5 trong TP.HCM, cũng như những cơ hội và thách thức dành cho các nhà quản lý Từ đó, đề xuất những giải pháp chiến lược và ban hành những chính sách hợp lý nhằm kiểm soát phát thải PM2.5 và giảm rủi ro ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng do PM2.5 gây ra Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo tốt hỗ trợ công tác quan trắc môi trường.

ABSTRACT

Particulate Matter (PM) is known as a polluted substance in the atmosphere can harm people health The smaller size they are, the more potential diseases they cause to inhabitant PM2.5 which has the particular size less then 2.5 µm becomes the most dangerous among of them In this research, daily PM2.5 data was available at two (2) different continuous monitoring stations in HCMC together with AOD of MODIS image which had been calculated was extracted for the correlation and regression analysis The best correlation result was showed is non-linear function in form of Logarite equation with high R coefficient (R=0.912) The logarite equation was utilized for mapping PM2.5 distribution on Landsat image which has high space resolution Before that, a correlation between AOD-Landsat and AOD-MODIS need to be verified with the supporting from Down-Scaling algorithm to enhance MODIS resolution According to the research, the average PM2.5 concentration in HCM City that exceeds the maximum threshold that specified in QCVN 05:2013/BTNMT (33.47 µg/m3compared to 25 µg/m3, average in a year) and the PM2.5 content tends to be higher in the central districts than other districts/suburbs Besides, with an average AQI-PM2.5 in HCM City of 97.38, and the highest number up to 159, the citizen, especially sensitive group is gradually under the high risk to the health from fine particulate A SWOT analysis model was conducted to evaluate the current strengths, weaknesses of PM2.5 monitoring work in HCM City, as well as the opportunities and challenges in order that strategical solutions and appropriate policies from government will be issued to control the PM2.5 emission and reduced the risk of its effect to people health

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Trần Thị Vân Ngoại trừ những nội dung đã được trích dẫn, các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn chính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trước đây

Tôi xin lấy danh dự của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Học viên

Võ Quốc Bảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ BỤI PM2.5 6

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 7

1.2.1 Định nghĩa AQI 7

1.2.2 Phân loại và cách tính 8

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 13

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 13

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 15

1.4.5 Tình hình phát triển đô thị hóa tại TP.HCM 19

1.4.6 Hiện trạng ô nhiễm bụi mịn PM2.5 tại TP.HCM 20

1.4.7 Công tác quan trắc môi trường không khí tại TP.HCM 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ ĐỘ DÀY QUANG HỌC VÀ CÁC KHÍ Ô NHIỄM 24

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 25

2.2.1 Phản xạ phổ và yếu tố khí quyển 25

2.2.2 Viễn thám giám sát ô nhiễm không khí 28

2.3 CƠ SỞ PHÂN TÍCH VÀ THỐNG KÊ DỮ LIỆU 29

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.4.1 Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu 31

2.4.2 Trích xuất giá trị AOD từ ảnh viễn thám MODIS 37

2.4.3 Phương pháp xác định giá trị AOD từ ảnh LANDSAT 38

2.4.4 Phương pháp tăng cường độ phân giải cho ảnh MODIS bằng thuật toán Down-Scaling 41

2.4.5 Đánh giá sai số 42

2.4.6 Xác định chỉ số AQI 42

2.4.7 Phương pháp xác định NDVI của ảnh viễn thám 43

2.4.8 Phương pháp đề xuất giải pháp quản lý PM2.5 từ phân tích SWOT 44 2.4.9 Quy trình thực hiện nghiên cứu 44

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 47

3.1.1 Phân chia ngưỡng đối với bụi PM2.5 47

3.1.2 Phân chia ngưỡng đối với chỉ số AQI-PM2.5 47

3.1.3 Phân chia khu vực đô thị phân tích kết quả 48

3.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY TƯƠNG QUAN GIỮA AOD VÀ PM2.5 TỪ ẢNH MODIS 49

3.2.1 Trích xuất AOD từ ảnh MODIS 49

3.2.2 Phân tích tương quan giữa AOD-MODIS và PM2.5 51

3.4 TĂNG CƯỜNG ĐỘ PHÂN GIẢI CHO ẢNH AOD-MODIS 61

3.5 BẢN ĐỒ PHÂN BỐ BỤI PM2.5 VÀ AQI-PM2.5 63

3.5.1 Phân bố bụi PM2.5 63

3.5.2 Phân bố AQI-PM2.5 66

3.6 QUAN HỆ LỚP PHỦ VÀ PM2.5 72

3.7 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BỤI PM2.5 TRONG KHU VỰC

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Kích thước hạt PM2.5 với một số vật thông thường 6

Hình 1.2: Khu vực nghiên cứu TP.HCM 17

Hình 1.3: Xếp hạng của Việt Nam về chỉ số EPI trên thế giới năm 2018 21

Hình 1.4: Bản đồ vị trí các trạm quan trắc chất lượng không khí tự động 23

Hình 1.5: Bản đồ vị trí các trạm quan trắc chất lượng không khí bán tự động 24

Hình 2.1: Khả năng truyền qua khí quyển của các loại phổ khác nhau 28

Hình 2.2: Chỉ số AQI-PM2.5 tại trạm quan trắc Lãnh sự quán Hoa Kỳ TP.HCM lúc 2:00PM ngày 01/05/2018 32

Hình 2.3: Thiết bị đo bụi PM2.5 – Dust Sentry của công ty ESS 33

Hình 2.4: Bảo trì thiết bị đo bụi PM2.5 định kỳ 33

Hình 2.5: Một góc chụp mô phỏng phân bố AOD từ ảnh TERRA-MODIS tại khu vực Tây Nam Bộ - Việt Nam, vào ngày 13/02/2017 35

Hình 2.6: Sơ đồ khối quá trình thực hiện thiết lập bản đồ PM2.5 46

Hình 3.1: Phân vùng đánh giá trên khu vực nghiên cứu 48

Hình 3.2: Biểu diễn các dạng phương trình hồi quy (PM2.5 – AOD 0.47µm) 53

Hình 3.3: Biểu diễn các dạng phương trình hồi quy (PM2.5 – AOD 0.55µm) 55

Hình 3.4: Biểu diễn các dạng phương trình hồi quy (PM2.5 – AOD 0.66µm) 57

Hình 3.5: Mô hình Logarit thể hiện sự tương quan giữa AOD-MODIS và PM2.5 tại bước sóng 0.55µm 58

Hình 3.6: Phân bố bụi PM2.5 trong khu vực TP.HCM vào ngày 13/03/2018, 10:00 AM 65

Hình 3.7: Một số khu vực có hàm lượng bụi PM2.5 vượt ngưỡng QCVN 05:2013/BTNMT 67

Hình 3.8: Bản đồ mô phỏng AQI-PM2.5 trong khu vực TP.HCM vào ngày 13/03/2018, 10:00 AM 69

Hình 3.9: Chỉ số AQI-PM2.5 tại 6 quận nội thành mới 73

Hình 3.10: Chỉ số AQI-PM2.5 tại 3 huyện ngoại thành 73

Hình 3.11: Chỉ số AQI-PM2.5 tại 13 quận nội thành hiện hữu 73

Hình 3.12: Bản đồ biểu diễn hệ số thực vật tiêu chuẩn NDVI trong khu vực TP.HCM ngày 14/02/2018 74 Hình 3.13: Mối quan hệ giữa PM2.5 và NDVI 78

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các khoảng nồng độ bụi PM2.5 và mức chỉ số tương ứng 8

Bảng 1.2: Các thông điệp sức khỏe tương ứng với mức chỉ số PM2.5 9

Bảng 1.3: Các khoảng phạm vi chỉ số chất lượng không khí và những ảnh hưởng tương ứng đến sức khỏe cộng đồng 10

Bảng 1.4: Tra cứu nồng độ và chỉ số AQI biên trong tính toán AQI 12

Bảng 1.5: Phân loại chất lượng không khí theo AQI và những ảnh hưởng đến sức khỏe tương ứng 13

Bảng 1.6: So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp tính AQI 13

Bảng 2.1: Các kênh phổ của ảnh Landsat 5 và Landsat 7 36

Bảng 2.2: Tổng hợp dữ liệu nghiên cứu ảnh Landsat 37

Bảng 2.3: Bảng tra cứu LMIN và LMAX của ảnh LANDSAT 39

Bảng 2.4: Khoảng cách từ mặt trời đến trái đất 40

Bảng 2.5: Độ chiếu sáng của khí quyển tầng trên từ mặt trời trung bình 40

Bảng 2.6: Đánh giá và phân loại NDVI 44

Bảng 3.1: Giá trị AOD trích xuất từ ảnh MODIS tại 3 bước sóng khác nhau (0.47, 0.55, 0.66) của trạm quan trắc bụi PM2.5 – Lãnh Sự Quán Hoa Kỳ 50

Bảng 3.2: Giá trị AOD trích xuất từ ảnh MODIS tại 3 bước sóng khác nhau (0.47, 0.55, 0.66) của trạm quan trắc bụi PM2.5 – Công ty ESS 51

Bảng 3.3: Đánh giá tính tương quan PM2.5 và AOD-0.47 µm bằng Pearson 51

Bảng 3.4: Tổng hợp các dạng mô hình hồi quy đối với mối tương quan giữa PM2.5 và AOD-0.47 µm 52

Bảng 3.5: Đánh giá tính tương quan PM2.5 và AOD-0.55 µm bằng Pearson 53

Bảng 3.6: Tổng hợp các dạng mô hình hồi quy đối với mối tương quan giữa PM2.5 và AOD-0.55 µm 54

Bảng 3.7: Đánh giá tính tương quan PM2.5 và AOD-0.66 µm bằng Pearson 55

Bảng 3.8: Tổng hợp các dạng mô hình hồi quy đối với mối tương quan giữa PM2.5 và AOD-0.66 µm 56

Bảng 3.9: Tổng hợp phương trình Logarit tại 3 bước sóng 0.47µm, 0.55 µm và

0.66µm 57

Bảng 3.10: Giá trị nồng độ (μg/m3) PM2.5 tính toán và PM2.5 thực tế 58

Bảng 3.11: Thông số đầu vào tính toán giá trị bức xạ ảnh Lansat 60

Bảng 3.12: Thông số đầu vào tính toán giá trị phản xạ ảnh Landsat 60

Bảng 3.13: Mối quan hệ giữa AOD Landsat và AOD Modís DSC 63

Bảng 3.14: Thống kê nồng độ PM2.5 (µg/m3) theo khu vực 66

Bảng 3.15: Thống kê nồng độ PM2.5 (µg/m3) theo quận, huyện thuộc TP.HCM 66

Bảng 3.16: Giá trị AQI-PM2.5 phân theo các khu vực 69

Bảng 3.17: Phần trăm (%) phân loại AQI theo các quận, huyện thuộc TP.HCM 70

Bảng 3.18 : Tập số liệu giá trị NDVI và PM2.5 để xây dựng hàm hồi quy 76

Bảng 3.19: Mô hình phân tích SWOT về hiện trạng quản lý bụi PM2.5 trong khu vực TP.HCM 77

MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer – 1 loại vệ tinh được xây dựng và phát triển bời NASA.

NASA : National Aeronautics and Space Administration – Cơ quan Hàng Không và Vũ Trụ của Hoa Kỳ.

NDVI : Normalized Differential Vegetation Index – Chỉ số thực vật khác biệt thông thường

NDWI : Normalized Differential Vegetation Index – Chỉ số nước khác biệt thông thường

PM2.5 : Particulate matter 2.5 – Vật chất dạng hạt có kích thước nhỏ hơn 2.5µm

PM10 : Particulate matter 10 – Vật chất dạng hạt có kích thước nhỏ hơn 10µm nhưng lớn hơn 2.5µm.

TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

UHI : Urban Heat Island – Đảo nhiệt đô thị

USEPA : United States Environmental Protection Agency – Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

QCVN

05:2013/BTNMT

: Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia về Chất Lượng Không Khí Xung Quanh.

MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, PM2.5 được biết đến không chỉ là một chất gây ô nhiễm môi trường mà còn là tác nhân gây gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm đối với sức khỏe con người Về cơ bản, PM2.5 là những hạt bụi lơ lửng có đường kính 2.5µm hoặc nhỏ hơn, có thể dễ dàng xâm nhập vào tế bào cơ thể người, phá hủy cơ chế tự bảo vệ và miễn dịch từ bên trong tế bào Ngoài việc gây nên một loạt những căn bệnh cấp tính, chúng cũng gây độc cho những cơ quan quan trọng như phổi, tim, não,…So với PM10, PM2.5 có tính gây bệnh cao hơn nhiều Những hạt bụi PM10

chỉ có thể vào mũi và hệ hô hấp, tự bản thân có thể ho ra để giảm nhẹ mức tổn thương Nhưng những hạt nhỏ hơn thì có thể đi vào khí quản và phế quản, thậm chí là phần cuối phế quản và máu, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe (Gia Linh, 2006)

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO), trong năm 2016, 2.2 triệu người tử vong do ô nhiễm không khí ở khu vực Tây Thái Bình Dương, riêng Việt Nam chiếm 60,000 trường hợp Trong đó, 29% là do bệnh tim, 27% do đột quỵ, 22% do bệnh phỗi tắc nghẽn mãn tính, 14% do ung thư phổi và 8% do bệnh viêm phổi (Ghebreyesus, T.A, 2018)

Việc đẩy nhanh tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa tại một số nước đang phát triển và chậm phát triển đã và đang gặp phải những thách thức nghiêm trọng về mặt môi trường Những nhà máy công nghệ lạc hậu vẫn còn đang hoạt động, mật độ giao thông tăng cao vào các khung giờ cao điểm, các hoạt động đốt rác bừa bãi, các công trình xây dựng không được che chắn, đi kèm theo đó là những chính sách phát triển kinh tế chưa thực sự hợp lý từ phía cơ quan nhà nước là những nguyên nhân trực tiếp và gián tiếp dẫn đến phát sinh một lượng lớn PM2.5

trong khí quyển

Hiện nay trên thế giới, tại một số quốc gia phát triển, để kiểm soát nồng độ PM2.5 trong bầu khí quyển, rất nhiều trạm quan trắc bụi mịn được lắp đặt tại các khu vực trọng điểm Cộng đồng dân cư có thể xem số liệu bụi và tình trạng

không khí được hiển thị trên các trang mạng riêng biệt hoặc thông qua các ứng dụng được tải về bằng điện thoại thông minh Dựa vào bộ số liệu quan trắc, người dân có thể biết được tình trạng ô nhiễm tại khu vực sinh sống và các nhà quản lý cũng dễ dàng kiểm soát được biến động của bụi PM2.5

Tại Thành Phố Hồ Chí Minh, ô nhiễm không khí ngày càng trở nên nghiêm trọng qua từng năm Chất lượng không khí xung quanh suy giảm bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau như: mật độ giao thông ngày càng dày đặc, hoạt động sinh hoạt tại các hộ gia đình (nấu nướng, …), khí thải từ các ngành công nghiệp, và nhiều nguồn gây ô nhiễm khác Khí thải từ các nguồn trên phát sinh đưa vào môi trường không khí một lượng lớn các hợp chất độc hại trong đó có bụi mịn, PM2.5 Hiện nay tại TP.HCM, số lượng trạm quan trắc PM2.5

liên tục vẫn còn hạn chế, không thể đánh giá tổng quát sự phân bố nồng độ bụi PM2.5 trên toàn khu vực Chi phí đầu tư, xây dựng mạng lưới quan trắc trên toàn khu vực thành phố rất tốn kém, trong khi đó tốc độ phát triển công nghiệp và mật độ dân cư tại TP.HCM ngày càng tăng cao, việc kiểm soát nồng độ bụi PM2.5

đang trở thành vấn đề khó khăn đối với các cấp quản lý môi trường

Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu khoa học đang nổ lực tìm kiếm công cụ thay thế, nhằm giải quyết vấn đề kiểm soát phát thải bụi PM2.5 trong TP.HCM Một trong những công cụ đang được ứng dụng phổ biến trên thế giới là công nghệ Viễn Thám Dữ liệu Viễn Thám cung cấp ảnh thường xuyên và bao quát toàn bộ khu vực, có thể khai thác sự tán xạ ánh sáng của bụi PM2.5 trên ảnh viễn thám để thiết lập hàm tương quan Mặt khác, viễn thám cũng là một công nghệ hiện đại, phổ biến đi kèm với chi phí hợp lý và có thể trích xuất từ nhiều nguồn khác nhau Do đó, với sự hỗ trợ của công cụ Viễn Thám, sẽ dễ dàng hơn trong việc xây dựng bản đồ phân bố nồng độ bụi PM2.5 nhằm cung cấp một cái nhìn tổng quát về hiện trạng ô nhiễm trong toàn khu vực, bao gồm các vị trí có tải lượng ô nhiễm bụi mịn từ thấp đến cao, làm cơ sở để thiết lập và bố trí mạng lưới quan trắc trong tương lai Ngoài ra dựa vào kết quả phân bố bụi của nhiều ngày ảnh liên tiếp, các nhà quản lý môi trường sẽ có cơ sở để đề xuất các giải pháp giảm thiểu nồng độ bụi mịn góp cải thiện chất lượng không khí TP.HCM

Vì vậy, đề tài “Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh” được tiến hành nghiên cứu nhằm mục đích

kiểm soát tốt hơn hàm lụi bụi mịn trong khu vực TP.HCM Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn và là nguồn tài liệu hỗ trợ cho công tác kiểm soát bụi PM2.5, cũng như đề xuất các giải pháp và chính sách nhằm giảm thiểu ô nhiễm bụi mịn trong khu vực TP.HCM Bản đồ được xây dựng từ công cụ viễn thám ngoài mục đích phục vụ cho công tác quản lý hàm lượng bụi mịn PM2.5, còn được sử dụng để thông báo về hiện trạng chất lượng không khí do ô nhiễm bụi mịn với cộng đồng dân cư trong khu vực Vì vậy, để dễ dàng nắm bắt tình hình ô nhiễm, bản đồ sẽ được xây dựng theo chỉ số AQI-PM2.5 với các thang đánh giá được quy định theo tiêu chuẩn USEPA.

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5 cho TP.HCM bằng kỹ thuật viễn thám, từ đó đánh giá và đề xuất giải pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu nồng độ PM2.5 trong khu vực

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: Bụi PM2.5 từ trạm đo mặt đất và từ dữ liệu vệ tinh thông qua giá trị đo độ dày quang học AOD (Aerosol Optical Depth)

- Phạm vi nghiên cứu: Các khu vực trong TP HCM, bao gồm các quận trung

tâm, huyện Hóc Môn, huyện Bình Chánh, huyện Củ Chi, một phần huyện Nhà Bè và không bao gồm huyện Cần Giờ

- Thời gian nghiên cứu: 01/2018 – 12/2018

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

(1) Tổng quan các tài liệu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng viễn thám trong giám sát không khí và ô nhiễm bụi

(2) Xây dựng hàm mô phỏng phân bố không gian bụi PM2.5 từ phân tích tương quan hồi quy giữa giá trị AOD từ ảnh vệ tinh MODIS và dữ liệu quan trắc mặt đất

(3) Tính toán AOD ảnh Landsat

(4) Thành lập bản đồ phân bố bụi PM2.5 và đánh giá thực trạng ô nhiễm bụi PM2.5 trong khu vực nghiên cứu

(5) Đề xuất các giải pháp nhằm kiểm soát và hạn chế ảnh hưởng của bụi PM2.5 tác động lên môi trường và lên sức khỏe con người

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN a Ý nghĩa khoa học

Kết quả của đề tài sẽ làm cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn trong việc ứng dụng viễn thám để thành lập bản đồ phân bố bụi rõ nét hơn dựa trên các ảnh có độ phân giải cao hơn, như Sentinel,…Ngoài ra, không chỉ có bụi mịn PM2.5

mà các bụi siêu mịn có kích thước nhỏ hơn như PM1, gây hậu quả nghiêm trọng hơn cho sức khoẻ con người và đòi hỏi kinh phí đầu tư hệ thống quan trắc cao hơn cũng có thể được kiểm soát nhờ ứng dụng công nghệ viễn thám Mặt khác, dựa vào kết quả phân bố bụi, có thể thực hiện những nghiên cứu về đánh giá tác động của bụi PM2.5 đối với sức khỏe con người, cũng như những ảnh hưởng từ các yếu tố khác (tốc độ đô thị hóa, biến động đất, biến động cây xanh…) đến sự phân bố bụi PM2.5

b Ý nghĩa thực tiễn

Những ảnh hưởng và tác động của bụi PM2.5 đang là một trong những vấn đề nhận được sự quan tâm hàng đầu không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới Việc phơi nhiễm với bụi mịn trong một khoảng thời gian dài sẽ gây ra những tác động xấu cho cơ thể, thậm chí là tử vong Vì thế, ứng dụng Viễn Thám để mô phỏng phân bố bụi PM2.5 trong toàn khu vực TP.HCM theo thời gian sẽ cung cấp cho các nhà quản lý một cái nhìn tổng quát hơn về hiện trạng của bụi, từ đó sẽ đề xuất những giải pháp nhằm quản lý tốt hơn chất lượng không khí xung quanh, đảm bảo sức khỏe cho dân cư trong khu vực

Hình 1.1: Kích thước hạt PM2.5 với một số vật thông thường

(Nguồn: John M Havel, 2004)

PM có thể được phát thải trực tiếp vào môi trường không khí (bụi sơ cấp) hoặc được hình thành trong khí quyển từ các tiền chất dạng khí như: SO2, NOx, NH4, VOCs (bụi thứ cấp) (WHO, 2013)

Bụi sơ cấp được sinh ra từ các hoạt động của con người hoặc các hoạt động cùa tự nhiên Các hoạt động của con người bao gồm: đốt cháy động cơ (từ dầu và xăng), quá trình đốt nhiên liệu rắn (than đá, than non, dầu nặng và sinh khối) để cung cấp năng lượng cho sinh hoạt và công nghiệp, hoặc các hoạt động công nghiệp khác (xây dựng, đào bới, sản xuất xi măng, vữa gạch, hoặc lò nấu chảy), và sự xói mòn vỉa hè bởi các hoạt động giao thông hoặc sự mài mòn của phanh và lốp xe

Bụi thứ cấp được tạo thành trong khí quyển từ phản ứng hóa học của các chất ô nhiễm dạng khí Chúng là sản phẩm của quá trình chuyển hóa trong khí quyển của

NOx (chủ yếu phát thải từ giao thông và các hoạt động công nghiệp) và SO2, là kết quả của quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa sunfua, bụi thứ cấp hầu hết chứa bụi mịn (WHO, 2013)

PM10 và PM2.5 đều là những hạt vật chất có thể hít vào cơ thể, chúng đủ nhỏ để xâm nhập vào vùng ngực của hệ hô hấp Những tác động đến sức khỏe của các loại bụi này đều được ghi chép lại tùy vào thời gian phơi nhiễm ngắn (giờ, ngày) hay dài (tháng, năm) và bao gồm:

- Những bệnh lý về hô hấp và tim mạch như hen suyễn, những triệu chứng của bệnh hô hấp và tăng khả năng nhập viện;

- Tử vong do các bệnh về tim mạch, hô hấp và ung thư phổi

Có rất nhiều bằng chứng về những ảnh hưởng của việc phơi nhiễm bụi PM10

trong thời gian ngắn đối với các căn bệnh về hô hấp Tuy nhiên, nếu xét về mức độ tử vong, đặc biệt là phơi nhiễm trong thời gian dài, thì PM2.5 có tính nguy hiểm cao hơn PM10 Tất cả những trường hợp tử vong hằng ngày được ước tính sẽ tăng thêm 0.2 – 0.6% cho mỗi 10 µg/m3 PM10 tăng lên Trong khi đó, nếu tiếp xúc với PM2.5

trong thời gian dài, nguy cơ tử vong do các bệnh tim, phổi tăng thêm 6 – 13% cho mỗi 10 µg/m3 PM2.5 tăng lên (WHO, 2013)

Các nhóm người dễ bị bệnh phổi hay tim, cũng như là nhóm người cao tuổi, trẻ em, đặc biệt rất dễ bị tổn thương bởi bụi mịn Ví dụ, phơi nhiễm với PM sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển phổi của trẻ em, bao gồm cả sự mất thăng bằng chức năng phổi cũng như là tăng tỷ lệ mắc bệnh tắc nghẽn phổi mạn tính và suy giảm chức năng phổi Các nghiên cứu còn cũng cố bằng chứng cho thấy PM2.5 làm giảm cân nặng trẻ sơ sinh, suy giảm hệ miễn dịch, chức năng nhận thức và miễn dịch Các phân tử ô nhiễm này có thể đi sâu và tồn tại trong phổi, gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe nghiêm trọng, theo Stuart Batterman, giáo sư khoa học và sức khỏe Môi Trường, đại học Michigan, Mỹ

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 1.2.1 Định nghĩa AQI

AQI là một chỉ số để báo cáo chất lượng không khí hàng ngày Chỉ số này cho biết mức độ sạch hay ô nhiễm của môi trường không khí xung quanh và những

ảnh hưởng đến sức khỏe tương ứng, có thể là mối quan tâm đối với một nhóm người nhất định AQI tập trung vào những ảnh hưởng đến sức khỏe có thể gặp trong vòng vài giờ hoặc vài ngày sau khi hít thở không khí ô nhiễm EPA tính chỉ số AQI cho năm (5) chất ô nhiễm không khí chính bao gồm: Ozone tầng mặt, các vật chất dạng hạt (PM), CO, SO2 và NO2

1.2.2 Phân loại và cách tính

Hiện nay tùy vào từng quốc gia, khu vực có ba (3) phương pháp tính và phân loại AQI khác nhau:

Phương pháp 1: Dựa vào khoảng nồng độ của chất ô nhiễm, trong nghiên cứu

này là PM2.5, đối chiếu với mức chỉ số nguy hại và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng tương ứng Phương pháp này được áp dụng tại các quốc gia như Anh, Pháp, Canada…

Bảng 1.1: Các khoảng nồng độ bụi PM2.5 và mức chỉ số tương ứng

Lưu ý: Nồng độ PM2.5 được tính trung bình 24 giờ/ngày

(Nguồn: Department for Environment Food & Rural Affairs UK, 2018)

Bảng 1.2: Các thông điệp sức khỏe tương ứng với mức chỉ số PM2.5

Air Pollution Banding

Value Accompanying health messages for at-risk individuals*

Accompanying health messages for the general population

Low 1-3 Enjoy your usual outdoor activities Enjoy your usual outdoor

activities

Moderate 4-6

Adults and children with lung problems, and

adults with heart problems, who experience

symptoms, should consider

reducing strenuous physical activity,

should reducestrenuous physical exertion,

particularly outdoors, and particularly if they experience symptoms People with asthma may find they need to use their reliever inhaler more often Older people should

also reduce physical exertion

Anyone experiencing discomfort such as sore eyes, cough or sore throat

should avoid strenuous physical activity

People with asthma may find they need to use their reliever inhaler more often

Reduce physical exertion,

particularly outdoors, especially if you experience symptoms such as cough or sore

throat

(Nguồn: Department for Environment Food & Rural Affairs UK, 2018)

- Theo đó, trong khoảng giá trị từ 1 – 3, tất cả cộng đồng dân cư đều có thể tham gia các hoạt động ngoài trời một cách bình thường

- Trong khoảng giá trị từ 4 – 6, những người mắc bệnh về phổi, cả người lớn và trẻ em, người lớn mắc bệnh tim mạch, hoặc những người có triệu chứng, nên xem xét hạn chế các hoạt động thể chất ra nhiều mồ hôi, đặc biệt là các hoạt động ngoài trời

- Trong khoảng giá trị từ 7 – 9, những người mắc bệnh về phổi, cả người lớn và trẻ em, người lớn mắc bệnh tim mạch, hoặc những người có triệu chứng, nên giảm các hoạt động thể chất ra nhiều mồ hôi, đặc biệt là các hoạt động ngoài trời Đối với những người bị hen suyễn, nên sử dụng thiết bị hỗ trợ hô hấp thường xuyên hơn Những người cao tuổi cũng nên hạn chế vận động mạnh, quá sức

- Giá trị 10, những người mắc bệnh về phổi, cả người lớn và trẻ em, người lớn mắc bệnh tim mạch, người cao tuổi, nên tránh vận động mạnh, quá sức Người bị hen suyễn nên sử dụng thiết bị hỗ trợ hô hấp thường xuyên hơn

Phương pháp 2: Đây là phương pháp áp dụng tại một số nước như Hoa Kỳ Phân

loại và tính toán theo hướng dẫn bên dưới

Trong phương pháp này, thước đo AQI được quy định trong khoảng từ 0 – 500 Chỉ số AQI càng cao thì mức độ ô nhiễm và khả năng gây ảnh hưởng đến sức khỏe càng lớn Để dễ hiểu, AQI được phân ra thành 6 loại khác nhau

Bảng 1.3: Các khoảng phạm vi chỉ số chất lượng không khí và những ảnh hưởng

• “Tốt”: chỉ số AQI trong khoảng 0 – 50 Chất lượng không khí được coi là

đạt yêu cầu, ô nhiễm không khí gây ra ít hoặc không có rủi ro

• “Vừa”: chỉ số AQI trong khoảng 51 – 100 Chất lượng không khí có thể

chấp nhận được Tuy nhiên, đối với một vài chất ô nhiễm, mức này sẽ gây ra

những ảnh hưởng trung bình đối với sức khỏe của một số ít người Ví dụ, những người nhạy cảm với ozone có thể gặp các triệu chứng hô hấp

• “Không tốt cho sức khỏe đối với nhóm nhạy cảm”: chỉ số AQI trong khoảng

101 – 150 Đa số cộng đồng không có khả năng bị ảnh hưởng ở phạm vi này Tuy nhiên, đối với nhóm người mắc bệnh phổi, người già, trẻ em sẽ gặp rủi ro cao khi tiếp xúc với ozone Trong khi đó, những người mắc bệnh tim, phổi; người già, trẻ em sẽ gặp rủi ro cao khi tiếp xúc với bụi

• “Không tốt cho sức khỏe”: chỉ số AQI trong khoảng 151 – 200 Mọi người

có thể bắt đầu gặp một số tác động xấu đến sức khỏe Nhóm nhạy cảm có thể gặp những ảnh hưởng nghiêm trọng hơn

• “Rất không tốt cho sức khỏe”: chỉ số AQI trong khoảng 201 – 300 Cảnh

báo sức khỏe: Mọi người sẽ gặp nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe

• “Nguy hiểm”: chỉ số AQI trong khoảng 301 – 500 Cảnh báo khẩn cấp Toàn

bộ dân số trong khu vực sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe Công thức tính AQI:

AQI =(AQIHi) − (AQILo)

(ConcHi) − (ConcLo)× ((Conci− ConcLo)) + (AQILo) (1) Trong đó:

- Conci = Nồng độ đầu vào của chất ô nhiễm

- ConcLo = Nồng độ thấp nhất của chất ô nhiễm, thấp hơn hoặc bằng Conci

- ConcHi = Nồng độ cao nhất của chất ô nhiễm, cao hơn hoặc bằng Conci

- AQILo = Giá trị AQI tương ứng với Conci- AQIHi = Giá trị AQI tương ứng với Conci

Các giá trị tương ứng của từng tham số được tra cứu tại bảng 1.4

Bảng 1.4: Tra cứu nồng độ và chỉ số AQI biên trong tính toán AQI

PM2.5ConcLo (µg/m3) ConcHi (µg/m3) AQILoAQIHi

Không tốt cho sức khỏe đối với nhóm nhạy cảm – Unhealthy for

sensitive groups

Không tốt cho sức khỏe

(Nguồn: Airnow Discussion Forum, 2016)

Phương pháp 3: Đây là phương pháp có cách tính tương đối đơn giản, hiện được

áp dụng tại một số nước như Việt Nam và Úc Công thức tính toán theo Sổ tay

“Hướng dẫn tính toán chất lượng không khí xung quanh (AQI)” theo quyết định số

878/QĐ-TCMT

AQIxh = TSx

Trong đó:

- TSx: Giá trị quan trắc trung bình 1 giờ của thông số X

- QCx: Giá trị quy chuẩn trung bình 1 giờ của thông số X (theo tiêu chuẩn QCVN05:2013/BTNMT)

Giá trị AQI theo giờ của thông số X sau đó được làm tròn thành số nguyên Phân loại AQI theo bảng 1.5

Dựa trên nội dung chi tiết của từng phương pháp, các phương pháp tính toán AQI được so sánh chi tiết trong bảng 1.6

Bảng 1.5: Phân loại chất lượng không khí theo AQI và những ảnh hưởng đến sức

khỏe tương ứng USEPA

Khoảng giá trị AQI

Chất lượng

51 – 100 Trung bình Nhóm nhạy cảm nên hạn chế thời gian ở

101 – 200 Kém Nhóm nhạy cảm cần hạn chế thời gian ở bên ngoài

Da cam

201 – 300 Xấu Nhóm nhạy cảm tránh ra ngoài Những người khác hạn chế ở bên ngoài Đỏ

Chú ý: Nhóm nhạy cảm bao gồm trẻ em, người già và những người mắc bệnh hô hấp (Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2011)

Bảng1.6: So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp tính AQI

Phương pháp tính toán AQI-PM2.5

Phương pháp 1 Đối chiếu dễ dàng, không

cần phải tính toán

Không thể so sánh các giá trị AQI trong cùng 1 hạng mức

Phương pháp 2

Phép tính cho phép đánh giá rõ các khoảng phạm vi AQI phù hợp với từng đối tượng cụ thể

Phép tính phức tạp vì thế cần phải có các bước nghiên cứu cụ thể, tham khảo ý kiến chuyên gia để xác định các giá trị biên thích hợp

Phương pháp 3

Phép tính đơn giản, không phức tạp, không phải chia ra các khoảng biên như phương pháp 2

Cách tính đơn giản, mang tính tổng quát, mức độ phù hợp khi đánh giá những ảnh hưởng đến sức khỏe không cao bằng phương pháp 2

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Viễn thám trong nghiên cứu và giám sát chất lượng bụi đã được ứng dụng tại rất nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước có chất lượng không khí kém như Trung Quốc, Ấn Độ, Đối với những quốc gia có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Úc,… với mạng lưới các hệ thống quan trắc bụi PM2.5 dày đặc, sẽ cho dữ liệu nồng độ bụi phân bố trên ảnh vệ tinh với độ chính xác cao hơn

Tiêu biểu là nghiên cứu của tác giả Lee, 2011 Đề tài phát triển một phương pháp nghiên cứu mới nhằm hiệu chuẩn dữ liệu độ dày quang học lớp khí quyển (AOD) được trích xuất từ vệ tinh MODIS bằng một mô hình có tính linh hoạt cao,

cho phép sự biến đổi theo ngày và thể hiện mối quan hệ tương quan PM2.5-AOD để kiểm tra tính chính xác trong việc xác định nồng độ bụi PM2.5 Cụ thể, dữ liệu độ dày quang học (AOD) của ảnh vệ tinh MODIS năm 2003 thuộc khu vực New England được trích xuất, sau đó áp dụng mô hình quan hệ PM2.5-AOD để dự đoán nồng độ PM2.5 ước tính cho 26 vị trí đặt trạm quan trắc (15 trạm tại bang Massachusetts và 11 trạm tại bang Connecticut), từ đó so sánh tính tương quan với các dữ liêu bụi PM2.5 thực tế nhằm tìm ra hàm hồi quy tốt nhất để hiệu chuẩn lại dữ liệu AOD trên ảnh vệ tinh Cuối cùng xây dựng bản đồ phân bố bụi PM2.5 với độ chính xác cao nhất (Lee và cộng sự, 2011)

Từ bản đồ mô phỏng phân bố bụi trong khu vực nghiên cứu, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu sâu hơn những ảnh hưởng của bụi đến sức khỏe con người Năm 2014, Lin-Yu Xu đã công bố công trình nghiên cứu khoa học của mình và cộng sự về đánh giá rủi ro sức khỏe cho con người do bụi PM10 gây ra tại Bắc Kinh Tác giả đã tập hợp những mô hình tương quan đã được xây dựng từ những nghiên cứu trước đó, như mô hình tương quan giữa bụi PM10 và rủi ro sức khỏe cho con người do bụi PM10 gây ra (TR), mô hình tương quan giữa bụi PM10 và chỉ số thực vật sai khác (DVI), mô hình tương quan giữa DVI và các chỉ số nhiệt môi trường (NDVI, UHI, NDWI), từ đó thành lập một mô hình tổng quát đánh giá rủi ro sức khỏe do bụi PM10 gây ra dựa trên 3 biến số nhiệt môi trường (NDVI, UHI & NDWI) Nghiên cứu cho thấy, tại các khu đô thị của Bắc Kinh, rủi ro về sức khỏe do bụi PM10 gây ra cao hơn ở khu vực nông thôn (Xu và cộng sự, 2014)

Việc ứng dụng viễn thám để ước tính hàm lượng bụi mịn (PM2.5) nhằm phục vụ cho những nghiên cứu dịch tễ học đã phát triển trong những năm gần đây, tuy nhiên những nghiên cứu đó có độ tin cậy không cao, do ảnh hưởng của việc nhiễu dữ liệu trong viễn thám Hơn nữa, giá trị đo độ dày quang học (AOD) chỉ có độ phân giải không gian ở mức trung bình, và thất thoát nhiều trong quá trình nghiên cứu Trong bối cảnh đó, Itai Kloog đã phát triển một đề tài nhằm khắc phục những khó khăn nêu trên Nghiên cứu ứng dụng thuật toán MAIAC đối với vệ tinh MODIS, cho phép sử dụng dữ liệu AOD với độ phân giải 1km (thay vì 10km như sẵn có) để dự đoán nồng độ PM2.5 hàng ngày tại miền Tây Bắc Hoa Kỳ (New

England, New York và New Jersey) từ năm 2003-2011, với độ phân giải cao cho phép phân biệt rõ hơn những tác động hàng ngày cũng như lâu dài của bụi mịn đối với khu vực thành thị, ngoại ô và nông thôn (Kloog và cộng sự, 2014)

Ngoài ra, có rất nhiều nghiên cứu tiêu biểu ứng dụng ảnh Landsat để mô phỏng phân bố nồng độ chất ô nhiễm, điển hình là nghiên cứu của Wijeratne (2003) Nghiên cứu được thực hiện nhằm tìm ra mối tương quan giữa AOD được tính toán dựa trên ảnh vệ tinh Landsat 7/ETM+ và các chất ô nhiễm bao gồm PM10, CO, NO, NO2, SO2, NH3, O3 và BP, từ đó thành lập bản đồ phân bố các chất ô nhiễm trên toàn khu vực Hà Lan (Wijeratne, 2003) Ngoài ra, một nghiên cứu khác của Naresh Kumar (2007) cũng cho thấy có sự tương quan giữa AOD và bụi PM2.5 tại thành phố Delhi, Ấn Độ Nghiên cứu sử dụng lưới có diện tích 1×1.5 km2 trải dài khắp khu vực nghiên cứu 113 mẫu bụi PM2.5 được lấy tại các vị trí và thời gian khác nhau, sau đó được xem xét tương quan với AOD trích xuất từ ảnh MODIS (độ phân giải 5 km) Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối tương quan thuận giữa MODIS-AOD và PM2.5 AOD thay đổi 1% thì PM2.5 đo trong 45 phút và 150 phút sẽ thay đổi lần lượt 0.52±0.202% và 0.39±0.15% (Kumar, 2007)

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Thực tế, tại Việt Nam viễn thám được ứng dụng để nghiên cứu cho rất nhiều lĩnh vực và phạm trù khác nhau, như ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biến đổi khí hậu, đô thị hóa, hiện tượng đảo nhiệt đô thị, giám sát lũ tại các con sông, hiện trạng sử dụng đất,… Tuy nhiên, những nghiên cứu có ứng dụng viễn thám để quản lý chất lượng không khí, đặc biệt là bụi còn rất hạn chế, cho đến thời điểm hiện tại chỉ tập trung vào bụi PM10, cũng như những ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, môi trường đến sự phân bố nồng độ PM10

Năm 2014, Trần Thị Vân đã ứng dụng viễn thám để mô phỏng hàm lượng bụi PM10 khu vực TP.HCM từ ảnh vệ tinh LANDSAT Phương pháp được thực hiện qua quy trình xử lý ảnh vệ tinh LANDSAT, tính toán độ dày quang học (AOT), sau đó thực hiện phép tương quan hồi quy giữa giá trị AOT và các dữ liệu quan trắc bụi PM10 từ các trạm đo trên mặt đất để tìm hàm hồi quy tốt nhất Từ đó, có thể xây dựng được bản đồ mô phỏng bụi PM10 trong khu vực TP.HCM vào ngày

16/02/2003 Kết quả cho thấy, phân bố nồng độ PM10 cao được phát hiện trên các điểm giao lộ và trục lộ giao thông, khu công nghiệp và các khu vực có công trình xây dựng Đây là nghiên cứu bước đầu thử nghiệm ứng dụng viễn thám để giám sát hàm lượng bụi, từ đó, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới như xem xét mức độ tác động của phân bố thực vật, đô thị hóa, sự ấm lên toàn cầu, tiêu dùng xanh,… đến sự phân bố hoặc sự suy giảm của nồng độ bụi trong không khí (Trần Thị Vân và cộng sự, 2014) Đến năm 2018, Trần Thị Vân mở rộng nghiên cứu với phương pháp tương tự, nhưng ứng dụng viễn thám để mô phỏng phân bố bụi cho ảnh Landsat vào 09/02/2015 nhằm so sánh mức độ ô nhiễm của thành phố sau 12 năm (từ năm 2003 đến 2015) Kết quả nghiên cứu cho thấy có nhiều hơn các khu vực nồng độ bụi PM10 vượt ngưỡng cho phép của quy chuẩn không khí quốc gia vào năm 2015 so với 2003 (Trần Thị Vân và cộng sự, 2018)

Một nghiên cứu khác của Nguyễn Thị Nhật Thanh, năm 2015 cũng cho thấy ứng dụng của viễn thám đối với ảnh vệ tinh MODIS để xác định phân bố bụi PM2.5

trong khu vực nghiên cứu Nghiên cứu tích hợp các số liệu đo đạc tại mặt đất, các dữ liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió,…) và dữ liệu từ ảnh vệ tinh MODIS, từ đó xây dựng mô hình hồi quy thích hợp để thành lập bản đồ phân bố bụi trong phạm vi 10 × 10 km, sau đó chuẩn hóa ảnh vệ tinh theo khu vực cần nghiên cứu để xây dựng bản đồ phân bố nồng độ bụi cho toàn Việt Nam Trong nghiên cứu này, đã áp dụng thành công việc xây dựng mô phỏng phân bố bụi PM2.5 cho 2 khu vực Tây Bắc – Đồng Bằng Sông Hồng & Bờ biển Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ (Nguyễn Thị Nhật Thanh và cộng sự, 2015)

1.4 TỔNG QUAN KHU VỰC TP.HCM 1.4.1 Vị trí địa lý

Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở tọa độ địa 10o10’ – 10o30’ vĩ bắc đến 106o22’– 106o54’ kinh đông, có địa giới hành chính chung với các tỉnh Bình Dương ở phía Bắc, Tây Ninh ở phía Tây Bắc, phía Đông và Đông Bắc giáp Đồng Nai, phía Đông Nam giáp Bà Rịa - Vũng Tàu, phía Tây và Tây Nam giáp Long An và Tiền Giang, phía Nam giáp biển Đông với chiều dài bờ biển khoảng 15 km Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở trung tâm Nam Bộ, cách thủ đô Hà Nội khoảng 1.730 km về

phía Đông Nam, với diện tích 2098.7 km2 chiếm 0,76% diện tích toàn quốc Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 19 quận và 5 huyện với 322 phường, xã Khu vực nghiên cứu tập trung cho phần phía bắc thành phố không bao gồm huyện Cần Giờ (Hình 1.2)

Hình 1.2: Khu vực nghiên cứu TP.HCM

(Nguồn: Vân và cộng sự, 2017)

1.4.2 Đặc điểm địa hình

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Ðông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long Ðịa hình tổng quát có dạng thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Ðông sang Tây Nó có thể chia thành 3 tiểu vùng địa hình:

- Vùng cao nằm ở phía Bắc – Ðông Bắc và một phần Tây Bắc (thuộc bắc huyện Củ Chi, đông bắc quận Thủ Ðức và quận 9), với dạng địa hình lượn sóng, độ cao trung bình 10 – 25 m và xen kẽ có những đồi gò độ cao cao nhất tới 32 m, như đồi Long Bình (quận 9)

- Vùng thấp trũng ở phía Nam - Tây Nam và Ðông Nam thành phố (thuộc các quận 9, 8, 7 và các huyện Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ) Vùng này có độ cao trung bình trên dưới 1 m và cao nhất 2 m, thấp nhất 0,5 m

- Vùng trung bình, phân bố ở khu vực Trung tâm Thành phố, gồm phần lớn nội thành cũ, một phần các quận 2, Thủ Ðức, toàn bộ quận 12 và huyện Hóc Môn Vùng này có độ cao trung bình 5 – 10 m

Nhìn chung, địa hình TP.HCM không phức tạp, song cũng khá đa dạng, có điều kiện để phát triển nhiều mặt (Cổng Thông tin điện tử TP.HCM, 2011)

1.4.3 Khí hậu – thủy văn

Thành phố nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, mang tính chất cận xích đạo Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 kcal/cm2/năm, nắng trung bình 6,8 giờ/ngày Nhiệt độ trung bình năm khoảng 27,5oC Biên độ trung bình giữa các tháng trong năm thấp là điều kiện thuận lợi cho sự tăng trưởng và phát triển quanh năm của động thực vật Ngoài ra, thành phố có thuận lợi là không trực tiếp chịu tác động của bão lụt

Khí hậu của TP.HCM chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, còn mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình đạt trên dưới 2,000 mm/năm và phân bố không đều theo thời gian Khoảng 90% lượng mưa trong năm tập trung vào mùa mưa Theo không gian, lượng mưa có xu hướng tăng dần từ tây nam lên đông bắc Ở các huyện phía Nam và Tây Nam của thành phố như Cần Giờ, Nhà Bè, Bình Chánh, lượng mưa trung bình năm chỉ dao động trong khoảng 1,000 – 1,400 mm; còn các quận nội thành, Thủ Đức, phía Bắc huyện Củ Chi, lượng mưa thường vượt quá 2,000 mm/năm

Ngoài ra, TP.HCM ở khu vực ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão Nhìn chung, khí hậu của thành phố tương đối ôn hòa, không có những ngày đông tháng giá cũng như không có những tháng nóng gắt, ít bão lụt Đây là điều kiện thuận lợi đối với việc phát triển các ngành kinh tế cũng như đối với đời sống của người dân Tuy nhiên, việc phân hóa gay gắt giữa mùa mưa và mùa khô đặt ra vấn đề cần giải quyết nguồn nước ngọt vào mùa khô

Nằm ở hạ lưu của hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn với địa hình tương đối bằng phẳng, chế độ thuỷ văn, thuỷ lực của kênh rạch và sông ngòi không những chịu ảnh hưởng mạnh của thuỷ triều biển Đông mà còn chịu tác động rất rõ nét của việc khai thác các bậc thang hồ chứa ở thượng lưu hiện nay và trong tương lai (như

các hồ chức Trị An, Dầu Tiếng, Thác Mơ…) (Cổng thông tin điện tử TP.HCM, 2011).

1.4.4 Kinh tế xã hội

Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố cảng lớn nhất đất nước, có đủ các điều kiện thuận lợi về giao thông đường bộ, đường thuỷ, đường sắt, đường hàng không, là một đầu mối giao thông kinh tế lớn nối liền với các địa phương trong nước và quốc tế

Tình hình kinh tế – xã hội Thành phố năm 2017 diễn ra trong bối cảnh tăng trưởng kinh tế toàn cầu có nhiều chuyển biến tích cực Điểm nổi bật trong kết quả điều hành kinh tế – xã hội năm 2017 của thành phố là môi trường đầu tư kinh doanh tiếp tục được cải thiện, thủ tục hành chính có nhiều tiến bộ; việc lặp lại trật tự đô thị được người dân ủng hộ Trong năm, TP.HCM đã đẩy mạnh việc giải ngân các công trình xây dựng cơ bản, rà soát phân bổ vốn đầu tư, tập trung ứng vốn cho dự án tuyến đường sắt Bến Thành – Suối Tiên, kịp thời ngăn chặn tình trạng sốt giá nhà đất ở các vùng ven Đặc biệt đã tổ chức làm việc với các cơ quan trung ương về báo cáo sơ kết 5 năm thực hiện Nghị quyết số 16-NQ/TW của Bộ Chính trị về phương hướng, nhiệm vụ phát triển Thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020 và được Quốc Hội thông qua Nghị quyết 54/2017/QH14 ngày 24/11/2017 về thí điểm cơ chế, chính sách đặc thù phát triển thành phố Hồ Chí Minh, tạo động lực cho Thành phố phát triển bền vững và nhanh hơn nữa trong những năm tiếp theo Tổng sản phẩm trên địa bàn (GRDP) ước tăng 8.25% so năm trước (năm 2016 tăng 8.05%) Chỉ số sản xuất công nghiệp (IIP) đạt 107.90% (năm 2016 đạt 107.33%); tổng vốn đầu tư xã hội đạt 365.71 ngàn tỷ đồng, so cùng kỳ tăng 18.4%, so với GRDP bằng 34.5%; tổng thu cân đối ngân Nhà nước đạt 347,986 tỷ đồng, đạt 100.03% dự toán, tăng 13.32%; tổng chi ngân sách địa phương (trừ tạm ứng) 67,075 tỷ đồng, đạt 94.94% dự toán, tăng 40.36% so cùng kỳ; tổng dư nợ tín dụng đến 01/12/2017 tăng 17.27% so với tháng 12/2016 (Cục Thống kê TP.HCM, 2017)

1.4.5 Tình hình phát triển đô thị hóa tại TP.HCM

Giai đoạn từ năm 1986 đến hiện nay, thành phố bước vào giai đoạn đổi mới, dòng người nhập cư vào thành phố trong giai đoạn này từ đồng bằng sông Cửu

Long, miền Trung vào làm ăn sinh sống Trong những năm 1991 – 1994 khi cả nước bước đầu thoát khỏi cuộc khủng hoảng kinh tế – xã hội, bước đầu phục hồi kinh tế thì sức ép về dân nhập cư vào thành phố lại càng mạnh mẽ hơn Theo dự báo, đến năm 2025 TP.HCM có 10 triệu dân và sẽ là một siêu đô thị năng động tầm cỡ thế giới Phát triển đô thị có tính đến việc kết nối với các đô thị lần cận, sự phát triển của vùng…đã làm diện mạo đô thị đã thay đổi nhiều theo hướng ngày càng hiện đại Quy hoạch mở rộng phát triẻn thành phố theo bốn hướng, xây dựng các khu đô thị vệ tinh như trên được xem là vừa hợp lý, vừa linh hoạt, chắc chắn sẽ giải quyết được tình trạng quá tải về dân số, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển TP.HCM thành một siêu đô thị hiện đại ngang tầm khu vực cũng như thế giới (Nguyễn Đức Hòa, 2010)

1.4.6 Hiện trạng ô nhiễm bụi mịn PM2.5 tại TP.HCM

Tại Việt Nam, Tình hình ô nhiễm không khí đang có những diễn biến phức tạp và đang ở mức đáng báo động Theo báo cáo về chỉ số chất lượng môi trường (EPI) đối với từng quốc gia năm 2018, được thực hiện bởi 2 đại học Yale và Colombia của Mỹ, Việt Nam xếp thứ 132/180 quốc gia Riêng về ảnh hưởng của chất lượng không khí, đặc biệt là khả năng phơi nhiễm với bụi PM2.5, Việt Nam đang xếp hạng 161 (tính tới hết ngày 31/12/2018) (Yale University EPI Report, 2018)

Hình 1.3: Xếp hạng của Việt Nam về chỉ số EPI trên thế giới năm 2018

(Nguồn: Yale University, 2018)

Riêng ở khu vực TP.HCM, chỉ số chất lượng không khí cũng đang có những chuyển biến xấu theo từng năm Trong Quý 1/2017, có 6 ngày vượt quy chuẩn quốc gia (50 µg/m3), tương ứng 78 ngày vượt quy chuẩn WHO (25 µg/m3); mức AQI (chỉ số chất lượng không khí) trung bình quý tăng từ 91.2 lên 100.8, tương ứng tăng từ 30.72 lên 35.8 µg/m3 (Trung tâm phát triển sáng tạo xanh, 2017)

Hồ Chí Minh là thành phố có tốc độ gia tăng dân số trung bình năm lớn (khoảng 3.9%/năm, từ 2000-2010) Đến năm 2020, ước tính dân số của TP.HCM sẽ hơn 10 triệu người (Tư Giang, 2015) Cùng với sự gia tăng về dân số, nhu cầu về giao thông cũng tăng theo Mỗi tháng, có trung bình khoảng 30,000 phương tiện đăng ký mới Đến nay, thành phố đang quản lý hơn 8 triệu xe máy, số lượng xe máy cao nhất nước (Quốc Anh, 2017) Ngoài ra, cùng với lực lượng lao động dồi dào, các ngành công nghiệp ở TP.HCM cũng ngày càng phát triển Tính đến 30/9/2015, TP.HCM đã có 3 Khu Chế Xuất và 13 Khu Công Nghiệp nội và ngoại thành Theo quy hoạch và phát triển đến năm 2020, TP.HCM sẽ có 23 khu chế xuất, khu công nghiệp (HEPZA, 2017)

Với số lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp xã thải lượng khí thải lớn vào khí quyển, hàm lượng bụi mịn PM2.5 sẽ có xu hướng tăng nhanh qua từng năm Vì vậy, việc theo dõi và kiểm soát hàm lượng bụi PM2.5 trong khu vực là hết sức quan trọng và cần thiết

1.4.7 Công tác quan trắc môi trường không khí tại TP.HCM 1) Mạng lưới điểm đo từ trạm quan trắc không khí tự động

Tháng 6 năm 2000, được sự tài trợ của UBND và tổ chức hợp tác quốc tế Đan Mạch (DANIDA) thành phố Hồ Chí Minh đã thiết lập 4 trạm quan trắc tự động Tháng 11 năm 2002, được sự tài trợ của NORAD, thành phố Hồ Chí Minh đã thiết lập thêm 5 trạm quan trắc tự động Từ năm 2003 cho đến nay, hệ thống quan trắc chất lượng không khí tự động trên TP.HCM tổng cộng 9 trạm, gồm:

➢ 5 trạm quan trắc chất lượng không khí xung quanh: - Tân Sơn Hòa – 56 Trương Quốc Dung

- Thủ Đức – Phòng Tài nguyên và Môi trường Quận Thủ Đức

- Phòng Giáo dục Huyện Bình Chánh – Q Bình Tân

Tần suất và thông số đo đạc: Đo 24/24 giờ với các thông số PM10, SO2, NOx, CO, O3 (Tiêu chuẩn so sánh: QCVN 05:2009/BTNMT)

Hiện nay, các trạm đã xuống cấp và chưa được bảo trì sửa chữa

Hình 1.4: Bản đồ vị trí các trạm quan trắc chất lượng không khí tự động

(Nguồn: Trần Thị Vân và cộng sự, 2011)

2) Mạng lưới điểm đo từ trạm quan trắc chất lượng không khí bán tự động

Hiện nay, TP.HCM đã đưa vào hoạt động hệ thống quan trắc chất lượng không khí ảnh hưởng của các hoạt động giao thông gồm 06 trạm:

- Vòng xoay Hàng Xanh

- Ngã tư Đinh Tiên Hoàng – Điện Biên Phủ

- Vòng xoay Phú Lâm - Vòng xoay An Sương - Ngã 6 Gò Vấp

- Ngã 4 Nguyễn Văn Linh – Huỳnh Tấn Phát

Tần suất và thông số đo đạc: Tiến hành thu mẫu 10 ngày trong tháng vào

các thời điểm 7h, 10h và 15h Các thông số đo đạc gồm: NO2, CO, chì, bụi tổng và tiếng ồn (Tiêu chuẩn so sánh: QCVN 05:2009/BTNMT)

Hình 1.5: Bản đồ vị trí các trạm quan trắc chất lượng không khí bán tự động

(Nguồn: Trần Thị Vân và cộng sự, 2011)

Sol khí là các hạt nhỏ có kích thước khác nhau từ 10-3 đến 102µm Sol khí từ 0,1µm đến 1µm ảnh hưởng đáng kể bức xạ nhìn thấy (Satheesh, 2002) Chúng được thải vào không khí do các hoạt động của con người, chủ yếu là các ngành công nghiệp và đốt nhiên liệu và các quá trình tự nhiên như núi lửa, bão bụi, rừng và đồng cỏ cháy và bụi nước biển Ngoài những phương pháp trực tiếp, phản ứng hóa học khác nhau cũng tạo ra các sol khí Thời gian lưu của hạt nhân ngưng tụ trong tầng đối lưu chủ yếu phụ thuộc vào kích thước hạt Đó là bình thường từ vài giờ đến vài ngày Hạt lớn đang giảm do lực hấp dẫn, được gọi là "lắng đọng khô" hoặc "trầm tích" Các hạt nhỏ được loại bỏ bằng mưa

Tán xạ và hấp thụ ảnh hưởng bởi các sol khí khác nhau với phương pháp của thế hệ và tính chất hóa học của sol khí Các hạt có nguồn gốc từ quá trình đốt thường có đặc tính hấp thụ cao, ví dụ như bồ hóng Sol khí sulfate và nitrat có hiệu ứng bức xạ, do đó năng lượng mặt trời được phản xạ trở lại không gian

Điều này làm tăng bức xạ đi vào cảm biến Nói chung tán xạ và hấp thụ làm giảm bức xạ mặt trời đi đến bề mặt trái đất và làm tăng bức xạ trở lại không gian (Satheesh, 2002)

Nguồn carbon monoxide (CO) là nhiên liệu hóa thạch và đốt sinh khối Thời gian lưu của chúng trong tầng đối lưu khoảng vài tháng CO có ảnh hưởng lớn đến quá trình oxy hóa mêtan Tăng khí mêtan có liên quan đến sự gia tăng CO Lưu huỳnh dioxit (SO2) đi vào bầu khí quyển là kết quả của cả hai hiện tượng tự nhiên như núi lửa phun trào và các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa thạch và đốt sinh khối Lưu huỳnh dioxit phản ứng trên bề mặt của một loạt các hạt rắn trong không khí, hòa tan trong nước và bị oxy hóa trong những giọt nước trong không khí, sản xuất axit sunfuric Thời gian tồn tại của các phân tử sulfur dioxide trong tầng đối lưu là một vài ngày Thời gian tồn tại của các phân tử sulfur dioxide trong tầng bình lưu do núi lửa phun trào, mặt khác, là vài tuần Trong thời gian này nó tạo ra các sol khí sulfat NO và NO2

được gọi chung là NOx Hoạt động của con người như giao thông và công nghiệp là những nguồn chính của NOx Lượng ozone trong tầng đối lưu được quyết định chủ yếu bởi nồng độ NOx Thời gian lưu của NOx trong tầng đối lưu là ngắn (TEMIS Troposphetic Products, 2002)

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 2.2.1 Phản xạ phổ và yếu tố khí quyển

Bức xạ, phản xạ và phát xạ bởi Trái Đất đi qua lớp khí quyển dày, trong quá trình này chúng tương tác với các thành phần của khí quyển và sau đó từng phần tán xạ, hấp thụ và truyền qua Mức độ suy giảm này phụ thuộc vào chiều dài đường đi và bước sóng

Chiều dài đường đi là khoảng cách mà bức xạ đi qua khí quyển và phụ thuộc vào vị trí nguồn năng lượng và độ cao của vật mang bộ cảm biến Việc cảm nhận vùng phản xạ Mặt Trời cho biết bức xạ phải đi qua khí quyển hai lần: từ Mặt Trời đến Trái Đất và từ Trái Đất đến bộ cảm biến Ngược lại bức xạ phát ra từ Trái Đất phải đi qua khí quyển chỉ một lần Ảnh hưởng của tầng ôzôn cũng khá quan trọng khiến cho chiều dài đường đi phụ thuộc vào độ cao của vật mang

Sự suy giảm bức xạ qua khí quyển cũng phụ thuộc vào bước sóng Một vài bước sóng được truyền qua với hiệu suất cao hơn, trong khi những bước sóng khác bị tán xạ và hấp thụ nhiều hơn Vì vậy, khí quyển đóng vai trò như là vật tán xạ và hấp thụ bức xạ phát ra từ mặt đất và đi qua nó Bản thân khí quyển cũng là một nguồn bức xạ sóng điện từ do tình trạng nhiệt của nó Tăng hấp thụ khí quyển khiến cho nhiệt độ bức xạ thu nhận ở bộ cảm biến thấp hơn nhiệt độ thực tế, trong khi tăng sự phát xạ khí quyển khiến cho nhiệt độ bức xạ thu nhận ở bộ cảm biến vượt cao hơn nhiệt độ thực tế Các thành phần khí quyển nổi bật có ảnh hưởng đến quá trình bức xạ là H2O, CO2, O3, chúng làm giảm và tán xạ bức xạ Mặt Trời trong dải phổ khả kiến Trong vùng hồng ngoại nhiệt, các phân tử trong khí quyển phát ra bức xạ và xử sự như là nguồn năng lượng khuếch tán Nói chung, các mất mát theo đường đi từ đối tượng đến bộ cảm biến có thể làm thay đổi việc đo lường bức xạ ở bộ cảm biến (Gupta, 1991)

Độ truyền xạ của khí quyển ở bước sóng cụ thể là số đo của phân số của bức xạ phát ra từ mặt đất (do khúc xạ mặt trời hay tự phát xạ) và đi qua khí quyển không có tương tác với nó Giá trị thay đổi từ 0 đến 1 Độ truyền xạ quan hệ ngược với độ dày quang học (optical thickness) của khí quyển, đây là hiệu ứng của khí quyển ngăn cản bức xạ điện từ đến mặt đất bằng sự hấp thụ hoặc tán xạ

Do đó, khí quyển ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Sự biến đổi năng lượng bức xạ mặt trời trong khí quyển là tán xạ và hấp thụ sóng điện từ bởi các thành phần khí quyển và các sol khí Vì quá trình này mà sự phân bố phổ, phân bố góc và phân bố không gian do việc phát xạ của các đối tượng đang nghiên cứu bị suy yếu đi

Tán xạ khí quyển là sự khuếch tán bức xạ không ổn định bởi các hạt trong khí quyển Có hai loại tán xạ là tán xạ Raleigh và tán xạ Mie

- Tán xạ Rayleigh còn được gọi là tán xạ phân tử, phổ biến khi bức xạ tương tác với các phân tử khí và các hạt lơ lửng khác có kích thước nhỏ hơn chiều dài sóng bức xạ Tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng Như vậy, bước sóng càng ngắn thì khuynh hướng tán xạ càng mạnh Kiểu