Hiện tượng đảo nhiệt đô thị

TRƯỜNG ĐHSP TP HỒ CHÍ MINH PHÒNG SAU ĐẠI HỌC NGÀNH ĐỊA LÝ HỌC  TIỂU LUẬN MÔN ĐỊA LÝ HỌC VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: HDKH: TS TRƯƠNG VĂN TUẤN TÊN HỌC VIÊN: ĐẶNG VĂN TUẤN NGÀNH: ĐỊA LÍ HỌC KHÓA: 24 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/ 2014 Mục lục Lời mở đầu 1/ Khái niệm tượng đảo nhiệt đô thị 2/ Lịch sử nghiên cứu tượng đảo nhiệt đô thị 3/ Nguyên nhân sinh tượng đảo nhiệt đô thị 4/ Đặc điểm, chất tượng đảo nhiệt đô thị 4/ Những biện pháp hạn chế, khắc phục tượng đảo nhiệt đô thị Lời kết Tài liệu tham khảo Lời mở đầu Những năm gần đây, nhiều thành phố giới thời tiết khí hậu trở nên nóng oi bức, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người dân Nhiều người cho biểu biến đổi khí hậu, nhiên, theo số liệu của nhiều đai quan trắc, cạnh thành phố có nhiệt độ tăng lên cao nước có nhiệt độ tăng lên chậm Vì vậy, nguyên nhân chủ yếu khiến nhiệt độ thành phố tăng nhanh biến đổi khí hậu mà hậu trình đô thị hóa thiếu bền vững dẫn đến tượng “Đảo nhiệt đô thị” hay gọi “Hòn đỏa nhiệt đô thị”, khiến nhiệt độ đô thị, thành phố tăng cao 1/ Khái niệm tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island) hiểu tượng nóng lên khu vực trung tâm thành phố hay sư chênh lệch nhiệt độ đô thị lõi so với khu vực ngoại ô, nông thôn xung quanh 2/ Lịch sử nghiên cứu tượng đảo nhiệt đô thị Vào năm 1810, Luke Howard người nghiên cứu mô tả tượng này, ông người đặt tên cho tượng Hiện tượng đảo nhiệt đô thị tập trung nghiên cứu nhiều từ năm 20 kỷ XX thành phố Luân đôn, Anh Trong năm gần đây, tiếp tục quan tâm nghiên cứu nhà khí hậu học thành phố lớn giới xác định tượng đảo nhiệt chênh lệch nhiệt độ thành phố trung tâm với vùng nông thôn xung quanh 3/ Nguyên nhân sinh tượng đảo nhiệt đô thị Nguyên nhân đảo nhiệt đô thị thay đổi bề mặt sử dụng đất trình phát triển đô thị Quá trình sử dụng nhiều loại vật liệu có tác dụng giữ nhiệt hiệu Nhân tố thứ hai góp phần tạo đảo nhiệt đô thị lượng nhiệt thải trình sử dụng lượng Khi trung tâm đông dân cư phát triển, người dân có xu hướng thay đổi diện tích đất đai nhiều ngày nhiều nữa, gây gia tăng nhiệt độ trung bình tương ứng 4/ Đặc điểm, chất tượng đảo nhiệt đô thị Các thành phố thường nóng vùng quê xung quanh khoảng 0C ngày mở rộng hơn, chênh lệch nhiệt độ ngày lớn Để tìm hiểu nguyên do, phải xét đến cân lượng hai khu vực (hình 1) Mặc dù việc đun nấu, sưởi ấm, điều hòa không khí lại tạo lượng thành phố, lại thành phồ nhỏ đến bất ngờ cân nhiệt chúng – khoảng 50 W/m2 Ngoại trừ vào mùa đông, số rõ ràng nhỏ so với lượng thu nhận từ Mặt trời, lượng chí nước Anh có cực đại 800 W/m2 Sự chênh lệch nhiệt độ thành phố vùng quê xung quanh, thế, chủ yếu xảy với lượng Mặt trời hai môi trường Ở khu vực nông thôn, cối phản xạ khoảng phần tư xạ sóng ngắn tới (ánh sáng nhìn thấy bước sóng ngắn hơn) Trong số ba phần tư bị hấp thụ, phần lớn lượng sử dụng để làm bay nước từ – trình gọi “thoát nước” Quá trình làm mát cối, phát xạ sóng dài (hồng ngoại), làm giảm phần lượng lại để làm nóng không khí đối lưu làm nóng đất đai dẫn nhiệt Nhiệt độ thành phố vào cuối buổi chiều Ở thành phố, nơi cối phần lớn thay tòa nhà đường xá, cân lượng bị dịch chuyển nhiều Các vật liệu nhân tạo, màu tối phản xạ – hấp thụ nhiều – xạ so với cối “Suất phản chiếu” thấp có nghĩa khoảng 10% xạ Mặt trời bị phản xạ; số chí thấp thành phố cao tầng, nơi ánh sáng bị phản xạ trở xuống “hẻm núi” đô thị Hầu toàn lượng vào làm nóng đường phố khô mái nhà, nơi trữ lại bên gạch vữa, làm nóng không khí phía bên trên, làm tăng nhiệt độ không khí nhiệt độ mặt ban ngày so với môi trường vùng quê xung quanh Hình Sự trao đổi lượng khu vực nông thôn đô thị Các thành phố có phản xạ bay hơn, đối lưu nhiệt nhiều trữ lại phần nhiệt suốt đêm tòa nhà Ở đây, dòng lượng tỉ lệ với bề rộng mũi tên Ban đêm, chênh lệch nhiệt độ vùng quê đảo nhiệt đô thị trở nên dễ nhận thấy Các thành phố nguội từ từ có nhiều nhiệt trữ lại tòa nhà nó, chúng liên tục tiêu tán nhiệt vào bầu không khí đêm; có nhiều chất ô nhiễm bắt giữ xạ sóng dài; bên hẻm núi đô thị, có không gian bầu trời thoáng đãng phía nhìn thấy, có xạ thoát Tất điều gây khổ sở cho cư dân đô thị Sự gia tăng nhiệt độ không khí đô thị so với nhiệt độ vùng quê xung quanh, đạt tới 70C thành phố London, khiến cho thành phố nơi dễ chịu để sinh sống tháng mùa hè Nhiệt độ tăng lên làm tăng nguy bệnh tật chí giết người đợt nắng nóng: người ta cho 35.000 người chết châu Âu hệ đợt nắng nóng năm 2003, phần lớn số họ sống thị tứ thành phố Hòn đảo nhiệt đô thị làm cho thành phố khó thở hơn, làm tăng lượng lượng dùng cho điều hòa không khí – lượng bơm vào không khí trời làm cho tình hình thêm tồi tệ Về nguyên tắc, hiệu ứng đảo nhiệt đô thị xảy suốt năm Tuy nhiên, đời sống tiêu dùng bị ảnh hưởng chủ yếu thời tiết nóng hiệu ứng đảo nhiệt mùa hè Để giảm nhiệt độ nhà lưu thông không khí nhà, người sử dụng điều hòa không khí, người hâm mộ thiết bị khác, nhu cầu tiêu thụ nhiều điện Nếu năm 2012 Mỹ 1/6 lượng điện tiêu thụ cho mục đích làm mát, điều tương đương với tỉ USD năm toán tiền điện Thời tiết nóng sức khỏe người bị ảnh hưởng xấu Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ môi trường 28 0C, người có cảm giác khó chịu, nhiệt độ cao dễ dẫn đến khó chịu, nhiệt đột quỵ, rối loạn tâm thần triệu chứng khác, nhiệt độ 34 0C, dẫn đến loạt bệnh, đặc biệt tim, bệnh mạch máu não hô hấp tăng tỷ lệ mắc, tỷ lệ tử vong tăng lên đáng kể Ngoài ra, nhiệt độ cao đẩy nhanh tốc độ phản ứng quang hóa, nồng độ ozone khí gần mặt đất làm tăng ảnh hưởng đến sức khỏe người Một đô thị đông dân với dân số từ – triệu người trở lên, trình tiêu thụ lượng cao thường tạo nhiệt độ trung bình cao so với vùng nông thôn ngoại vi từ – 80C 4/ Những biện pháp hạn chế, khắc phục tượng đảo nhiệt đô thị Các bề mặt nguội Việc tăng suất phản chiếu tòa nhà đường xá để chúng phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời phương pháp sử dụng hàng kỉ Địa Trung Hải – nghĩ tới nhà quét vôi trắng Hi Lạp, miền nam Italy Tây Ban Nha Tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley California, tính hiệu phương pháp nghiên cứu Nhóm Nghiên cứu Hòn đảo Nhiệt Đô thị, đứng đầu nhà vật lí Hashem Akbari Tác dụng làm nguội mái nhà tùy thuộc tính chất phản chiếu phát xạ – khả phản xạ bước sóng ngắn ánh sáng khả kiến xạ hồng ngoại gần, phát xạ nhiệt vùng hồng ngoại xa Trong bề mặt sơn màu trắng bình thường giữ nguội tốt, người ta chế tạo bề mặt nguội sơn màu trung-bình-tối, loại dễ bắt gặp mái nhà Các bề mặt tạo cách kết hợp lớp sơn phản xạ, thí dụ titanium dioxide trắng, với sắc tố tối có hệ số phản xạ khả kiến vừa phải, thí dụ oxide sắt đỏ perylene đen Từ hồi năm 1999, nhóm Akbari chứng tỏ “những bề mặt nguội” làm giảm nhiệt độ cực đại mái nhà vỉa hè California từ 50o C xuống khoảng 30oC Cũng nhóm nghiên cứu ứng dụng làm nguội cho tòa nhà tư nhân Trước tiên, nhà nghiên cứu so sánh hiệu suất nhiệt tòa nhà thông thường với tòa nhà giống hệt có mái nhà phủ bề mặt nguội Những thí nghiệm kiểm tra cho thấy vào mùa hè, bề mặt nguội thường làm giảm chi phí điều hòa không khí 20-30% Tuy nhiên, thí nghiệm bỏ qua tác dụng làm nguội lũy tích thu từ việc sử dụng quy mô lớn chất liệu nguội toàn thành phố Để nghiên cứu tác dụng chất liệu nguội đảo nhiệt đô thị, nhóm Akbari phải sử dụng phương pháp gián tiếp hơn, rõ ràng việc tiến hành nghiên cứu thực nghiệm có điều khiển so sánh hai thành phố giống hệt phương diện, ngoại trừ che phủ bề mặt chúng, hoàn toàn không khả thi Cái nhà nghiên cứu làm mô nhiệt độ không khí khu vực Los Angeles, sử dụng mô hình khí hậu chạy máy tính cực mạnh phức tạp Các phép tính cho thấy đảo nhiệt đô thị giảm 2oC toàn tòa nhà đường xá phủ bề mặt có suất phản xạ cao 30% Sự giảm nhiệt độ làm giảm chi phí điều hòa không khí vào mùa hè thêm 2-3% Phủ xanh tòa nhà Một phương pháp kiểm soát đảo nhiệt đô thị có khả hiệu so với sử dụng bề mặt nguội gia tăng suất phản xạ lẫn nguội bay thành phố thông qua cối nước Lại lần nữa, phương pháp sử dụng phổ biến từ lâu thành phố thuộc Địa Trung Hải, nơi có quãng trường mát mẻ đường lớn phủ đầy bóng làm mát vòi phun nước Các nhà nghiên cứu Mĩ, thí dụ nhóm Akbari Cục Lâm nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kì (USDA) David Nowak lãnh đạo, chủ yếu tập trung vào khảo sát xem bóng làm chi phí điều hòa không khí tòa nhà Các thí nghiệm mô máy tính chứng tỏ số xanh lớn trồng có chiến lược phía nam phía tây tòa nhà cắt giảm chi phí khoảng 30% Tuy nhiên, tác dụng làm nguội xanh có thành phố mà họ nghiên cứu – Chicago – vào khoảng 4-5% độ che phủ hạn chế thành phố này, đặc biệt khu vực xây dựng cao tầng tập trung Trong đó, nhà nghiên cứu Đức Canada tập trung vào tác dụng phương pháp khác: đưa cối lên tòa nhà để tạo “mái nhà xanh” Các nghiên cứu Brad Bass nhóm ông Trung tâm Môi trường trường Đại học Toronto thực hồi năm 2008 cho thấy cách sử dụng mái nhà xanh, chi phí điều hòa không khí giảm tới 70% nhà tầng cối làm nguội mái nhà qua thoát nước đất trồng tách li phòng ốc bên khỏi dòng nhiệt Tuy nhiên, chi phí tiết kiệm tương ứng giảm khoảng 30% 20% tòa nhà hai ba tầng Phủ xanh đường phố Việc xác định xem cối có hiệu nguội thành phố tỏ khó nhiều, tính phức tạp nó; cối làm tăng suất phản xạ lẫn nguội bốc hơi, có nhiều tầng cây, khó thể mô hình khí hậu vùng Một nỗ lực thực Limor Shashua-Bar Milo Hoffman thuộc Viện Công nghệ Technion Israel, họ nhận thấy đường phố phủ nhiều xanh Tel Aviv có nhiệt độ không khí nguội môi trường xung quanh đến oC Tuy nhiên, nhà nghiên cứu phải biểu diễn tác dụng xanh mô hình chi tiết mà đơn giản giảm xạ tới khoảng 40% Trước lập mô xác tác dụng xanh lên đảo nhiệt đô thị, rõ ràng cần phải biết nhiều thứ Một phương pháp xác định xảy ra, thực nhóm trường Đại học Basel, Thụy Sĩ, đứng đầu nhà thực vật học Sebastian Leuzinger nhà khí tượng học Roland Vogt, sử dụng camera nhiệt phân giải cao gắn trực thăng Các nhà nghiên cứu đo nhiệt độ bề mặt phận thuộc Basel vào ngày mùa hè nắng nóng nhiệt độ không khí 25oC Họ nhận thấy đường phố đạt tới nhiệt độ 37 oC mái nhà 45oC, nhiệt độ cối trung bình 25 oC vật có nước 18 oC Những số có khả cho vào mô hình khí hậu vùng để mang lại gợi ý tác dụng xanh lên nhiệt độ không khí Tuy nhiên, kết bỏ qua độ cao tán cây; tầng thấp hơn, bị tầng che phủ, nguội tầng bên Vì thế, xanh mang lại làm nguội nhiều tiên đoán từ phép đo camera nhiệt Để giải vấn đề này, nhóm trường Đại học Manchester, bao gồm nhà vật lí, nhà sinh học nhà lập kế hoạch, sử dụng mô hình cân lượng đơn giản để tính nhiệt độ bề mặt cối, tòa nhà đường phố tiêu biểu (hình 1) Vốn phát triển ban đầu Chih Pin Tso, làm việc trường Đại học Malaya, Kuala Lumpur, vào thập niên 1990, mô hình đề xuất xanh có tác dụng hiệu so với phép đo nhiệt Basel đề xuất Vào ngày nắng nóng, nhiệt độ cực đại theo dự đoán vùng rừng nguội 18-25oC so với nhiệt độ tòa nhà đường phố Nhóm sử dụng khu vực Greater Manchester làm trường hợp nghiên cứu, vùng bao gồm toàn thành phố Manchester đô thị vệ tinh Trước tiên, phân loại kiểu xanh khu vực ảnh chụp từ máy bay (hình 2) nhận thấy rằng, thật bất ngờ khu vực xây dựng công nghiệp, 59% vùng Greater Manchester bao phủ xanh thoát nước Tất nhiên, độ bao phủ xanh, nhiệt độ bề mặt mà mô hình tiên đoán, không đồng toàn khu vực Các khu vực đông đúc trung tâm thành phố có độ che phủ xanh chưa tới 30% nóng không gian xanh tới 13oC Chúng thao tác với không gian xanh mô hình để tiến hành “thí nghiệm” thông thường thực Chẳng hạn, chứng minh việc bổ sung thêm 10% độ che phủ xanh cho trung tâm thành phố làm giảm nhiệt độ bề mặt cực đại khoảng 4oC Tuy nhiên, kết nghiên cứu thật cần phải đưa vào mô hình khí hậu vùng để tính nhiệt độ không khí có xu hướng cảm thấy không thoải mái nhiệt độ xạ 24 oC, rõ ràng bóng râm có tác dụng lớn lên cảm giác dễ chịu người, xác nhận tầm quan trọng xanh khu vực đô thị Tác động lên sách đô thị Toàn nghiên cứu dựng nên tranh mô tả xem cải tạo đô thị nào: cối có tiềm lớn cải tiến môi trường đô thị, bề mặt nguội, mái nhà xanh chí “những tường sống” cải thiện hiệu suất môi trường tòa nhà Ngoài ra, hạ tầng kiến trúc xanh có lợi ích khác thí dụ làm giảm ngập tràn ánh nắng chói chang ô nhiễm hạt không khí Tuy vậy, rõ ràng có nhiều việc phải làm Chúng ta loài làm mát đô thị bắt giữ hạt ô nhiễm tốt nhất, to có tốt nhiều nhỏ hay không, hay rụng có tốt thường xanh hay không Chúng ta chẳng biết hiệu loại thực vật khác thay đổi theo biến đổi khí hậu Tuy nhiên, thật biết đủ để tác động đến nhà hoạch định sách Các nhà khoa học thuộc Cục Lâm nghiệp Mĩ, chẳng hạn, hợp tác với nhà kinh tế học để ước tính lợi ích kinh tế việc trồng xanh đường phố, từ việc làm giảm chi phí lượng việc giảm chi phí chăm sóc sức khỏe ô nhiễm không khí Mô hình kinh tế mà họ sáng tạo – mô hình iTree – cho thấy với đô la đầu tư vào trồng bảo dưỡng xanh đường phố người ta tiết kiệm năm đô la Ở New York, kiến thức này, với hậu thuẫn thị trưởng Michael Bloomberg, đưa đến việc trồng 20.000 xanh đường phố năm, thị trưởng London, Boris Johnson, cam kết trồng thêm 10.000 xanh đường phố nhiệm kì trị ông Cùng với xanh, người ta triển khai giải pháp mái nhà xanh cho tòa nhà mọc thành phố lớn Thật vui nói nhà vật lí góp phần làm cho thành phố ngày xanh hơn, dễ chịu để sống Lời kết Tóm lại, đảo nhiệt đô thị hậu để lại trình đô thị hóa Hiện nay, tượng với biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho thời tiết khí hậu giới nói chung thành phố nói riêng ngày trở nên oi khó chịu Tuy nhiên, đô thị hóa qúa trình tất yếu phát triển xã hội, không cách khác phải sống chung với hậu gây trình đọ thị hóa để lại với thích ứng biện pháp nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng “Đảo nhiệt đô thị” tới đời sống người tự nhiên Tài liệu tham khảo - TS Trương Văn Tuấn, Giáo trình địa lí học số vấn đề môi trường, ĐHSP TP HCM - Luke Howard, The climate of London, deduced from Meteorological observations, made at different places in the neighbourhood of the metropolis, vol., London - Physics World, tháng 8/2010 - http://www.bachkhoatrithuc.vn/ Lời nói đầu Những năm gần đây, nhiều thành phố giới thời tiết khí hậu trở nên nóng oi bức, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người dân Nhiều người cho biểu biến đổi khí hậu, nhiên, theo số liệu của nhiều đai quan trắc, cạnh thành phố có nhiệt độ tăng lên cao nước có nhiệt độ tăng lên chậm Vì vậy, nguyên nhân chủ yếu khiến nhiệt độ thành phố tăng nhanh biến đổi khí hậu mà hậu trình đô thị hóa thiếu bền vững dẫn đến tượng “Đảo nhiệt đô thị” hay gọi “Hòn đỏa nhiệt đô thị”, khiến nhiệt độ đô thị, thành phố tăng cao 1/ Khái niệm tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island) hiểu tượng nóng lên khu vực trung tâm thành phố hay sư chênh lệch nhiệt độ đô thị lõi so với khu vực ngoại ô, nông thôn xung quanh 2/ Lịch sử nghiên cứu tượng đảo nhiệt đô thị Vào năm 1810, Luke Howard người nghiên cứu mô tả tượng này, ông người đặt tên cho tượng Hiện tượng đảo nhiệt đô thị tập trung nghiên cứu nhiều từ năm 20 kỷ XX thành phố Luân đôn, Anh Trong năm gần đây, tiếp tục quan tâm nghiên cứu nhà khí hậu học thành phố lớn giới xác định tượng đảo nhiệt chênh lệch nhiệt độ thành phố trung tâm với vùng nông thôn xung quanh 3/ Nguyên nhân sinh tượng đảo nhiệt đô thị Nguyên nhân đảo nhiệt đô thị thay đổi bề mặt sử dụng đất trình phát triển đô thị Quá trình sử dụng nhiều loại vật liệu có tác dụng giữ nhiệt hiệu Nhân tố thứ hai góp phần tạo đảo nhiệt đô thị lượng nhiệt thải trình sử dụng lượng Khi trung tâm đông dân cư phát triển, người dân có xu hướng thay đổi diện tích đất đai nhiều ngày nhiều nữa, gây gia tăng nhiệt độ trung bình tương ứng 4/ Đặc điểm, chất tượng đảo nhiệt đô thị Các thành phố thường nóng vùng quê xung quanh khoảng 0C ngày mở rộng hơn, chênh lệch nhiệt độ ngày lớn Để tìm hiểu nguyên do, phải xét đến cân lượng hai khu vực (hình 1) Mặc dù việc đun nấu, sưởi ấm, điều hòa không khí lại tạo lượng thành phố, lại thành phồ nhỏ đến bất ngờ cân nhiệt chúng – khoảng 50 W/m2 Ngoại trừ vào mùa đông, số rõ ràng nhỏ so với lượng thu nhận từ Mặt trời, lượng chí nước Anh có cực đại 800 W/m2 Sự chênh lệch nhiệt độ thành phố vùng quê xung quanh, thế, chủ yếu xảy với lượng Mặt trời hai môi trường Ở khu vực nông thôn, cối phản xạ khoảng phần tư xạ sóng ngắn tới (ánh sáng nhìn thấy bước sóng ngắn hơn) Trong số ba phần tư bị hấp thụ, phần lớn lượng sử dụng để làm bay nước từ – trình gọi “thoát nước” Quá trình làm mát cối, phát xạ sóng dài (hồng ngoại), làm giảm phần lượng lại để làm nóng không khí đối lưu làm nóng đất đai dẫn nhiệt Ở thành phố, nơi cối phần lớn thay tòa nhà đường xá, cân lượng bị dịch chuyển nhiều Các vật liệu nhân tạo, màu tối phản xạ – hấp thụ nhiều – xạ so với cối “Suất phản chiếu” thấp có nghĩa khoảng 10% xạ Mặt trời bị phản xạ; số chí thấp thành phố cao tầng, nơi ánh sáng bị phản xạ trở xuống “hẻm núi” đô thị Hầu toàn lượng vào làm nóng đường phố khô mái nhà, nơi trữ lại bên gạch vữa, làm nóng không khí phía bên trên, làm tăng nhiệt độ không khí nhiệt độ mặt ban ngày so với môi trường vùng quê xung quanh Hình Sự trao đổi lượng khu vực nông thôn đô thị Các thành phố có phản xạ bay hơn, đối lưu nhiệt nhiều trữ lại phần nhiệt suốt đêm tòa nhà Ở đây, dòng lượng tỉ lệ với bề rộng mũi tên Ban đêm, chênh lệch nhiệt độ vùng quê đảo nhiệt đô thị trở nên dễ nhận thấy Các thành phố nguội từ từ có nhiều nhiệt trữ lại tòa nhà nó, chúng liên tục tiêu tán nhiệt vào bầu không khí đêm; có nhiều chất ô nhiễm bắt giữ xạ sóng dài; bên hẻm núi đô thị, có không gian bầu trời thoáng đãng phía nhìn thấy, có xạ thoát Tất điều gây khổ sở cho cư dân đô thị Sự gia tăng nhiệt độ không khí đô thị so với nhiệt độ vùng quê xung quanh, đạt tới 70C thành phố London, khiến cho thành phố nơi dễ chịu để sinh sống tháng mùa hè Nhiệt độ tăng lên làm tăng nguy bệnh tật chí giết người đợt nắng nóng: người ta cho 35.000 người chết châu Âu hệ đợt nắng nóng năm 2003, phần lớn số họ sống thị tứ thành phố Hòn đảo nhiệt đô thị làm cho thành phố khó thở hơn, làm tăng lượng lượng dùng cho điều hòa không khí – lượng bơm vào không khí trời làm cho tình hình thêm tồi tệ Về nguyên tắc, hiệu ứng đảo nhiệt đô thị xảy suốt năm Tuy nhiên, đời sống tiêu dùng bị ảnh hưởng chủ yếu thời tiết nóng hiệu ứng đảo nhiệt mùa hè Để giảm nhiệt độ nhà lưu thông không khí nhà, người sử dụng điều hòa không khí, người hâm mộ thiết bị khác, nhu cầu tiêu thụ nhiều điện Nếu năm 2012 Mỹ 1/6 lượng điện tiêu thụ cho mục đích làm mát, điều tương đương với tỉ USD năm toán tiền điện Thời tiết nóng sức khỏe người bị ảnh hưởng xấu Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ môi trường 28 0C, người có cảm giác khó chịu, nhiệt độ cao dễ dẫn đến khó chịu, nhiệt đột quỵ, rối loạn tâm thần triệu chứng khác, nhiệt độ 34 0C, dẫn đến loạt bệnh, đặc biệt tim, bệnh mạch máu não hô hấp tăng tỷ lệ mắc, tỷ lệ tử vong tăng lên đáng kể Ngoài ra, nhiệt độ cao đẩy nhanh tốc độ phản ứng quang hóa, nồng độ ozone khí gần mặt đất làm tăng ảnh hưởng đến sức khỏe người Một đô thị đông dân với dân số từ – triệu người trở lên, trình tiêu thụ lượng cao thường tạo nhiệt độ trung bình cao so với vùng nông thôn ngoại vi từ – 80C 4/ Những biện pháp hạn chế, khắc phục tượng đảo nhiệt đô thị Các bề mặt nguội Việc tăng suất phản chiếu tòa nhà đường xá để chúng phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời phương pháp sử dụng hàng kỉ Địa Trung Hải – nghĩ tới nhà quét vôi trắng Hi Lạp, miền nam Italy Tây Ban Nha Tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley California, tính hiệu phương pháp nghiên cứu Nhóm Nghiên cứu Hòn đảo Nhiệt Đô thị, đứng đầu nhà vật lí Hashem Akbari Tác dụng làm nguội mái nhà tùy thuộc tính chất phản chiếu phát xạ – khả phản xạ bước sóng ngắn ánh sáng khả kiến xạ hồng ngoại gần, phát xạ nhiệt vùng hồng ngoại xa Trong bề mặt sơn màu trắng bình thường giữ nguội tốt, người ta chế tạo bề mặt nguội sơn màu trung-bình-tối, loại dễ bắt gặp mái nhà Các bề mặt tạo cách kết hợp lớp sơn phản xạ, thí dụ titanium dioxide trắng, với sắc tố tối có hệ số phản xạ khả kiến vừa phải, thí dụ oxide sắt đỏ perylene đen Từ hồi năm 1999, nhóm Akbari chứng tỏ “những bề mặt nguội” làm giảm nhiệt độ cực đại mái nhà vỉa hè California từ 50o C xuống khoảng 30oC Cũng nhóm nghiên cứu ứng dụng làm nguội cho tòa nhà tư nhân Trước tiên, nhà nghiên cứu so sánh hiệu suất nhiệt tòa nhà thông thường với tòa nhà giống hệt có mái nhà phủ bề mặt nguội Những thí nghiệm kiểm tra cho thấy vào mùa hè, bề mặt nguội thường làm giảm chi phí điều hòa không khí 20-30% Tuy nhiên, thí nghiệm bỏ qua tác dụng làm nguội lũy tích thu từ việc sử dụng quy mô lớn chất liệu nguội toàn thành phố Để nghiên cứu tác dụng chất liệu nguội đảo nhiệt đô thị, nhóm Akbari phải sử dụng phương pháp gián tiếp hơn, rõ ràng việc tiến hành nghiên cứu thực nghiệm có điều khiển so sánh hai thành phố giống hệt phương diện, ngoại trừ che phủ bề mặt chúng, hoàn toàn không khả thi Cái nhà nghiên cứu làm mô nhiệt độ không khí khu vực Los Angeles, sử dụng mô hình khí hậu chạy máy tính cực mạnh phức tạp Các phép tính cho thấy đảo nhiệt đô thị giảm 2oC toàn tòa nhà đường xá phủ bề mặt có suất phản xạ cao 30% Sự giảm nhiệt độ làm giảm chi phí điều hòa không khí vào mùa hè thêm 2-3% Phủ xanh tòa nhà Một phương pháp kiểm soát đảo nhiệt đô thị có khả hiệu so với sử dụng bề mặt nguội gia tăng suất phản xạ lẫn nguội bay thành phố thông qua cối nước Lại lần nữa, phương pháp sử dụng phổ biến từ lâu thành phố thuộc Địa Trung Hải, nơi có quãng trường mát mẻ đường lớn phủ đầy bóng làm mát vòi phun nước Các nhà nghiên cứu Mĩ, thí dụ nhóm Akbari Cục Lâm nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kì (USDA) David Nowak lãnh đạo, chủ yếu tập trung vào khảo sát xem bóng làm chi phí điều hòa không khí tòa nhà Các thí nghiệm mô máy tính chứng tỏ số xanh lớn trồng có chiến lược phía nam phía tây tòa nhà cắt giảm chi phí khoảng 30% Tuy nhiên, tác dụng làm nguội xanh có thành phố mà họ nghiên cứu – Chicago – vào khoảng 4-5% độ che phủ hạn chế thành phố này, đặc biệt khu vực xây dựng cao tầng tập trung Trong đó, nhà nghiên cứu Đức Canada tập trung vào tác dụng phương pháp khác: đưa cối lên tòa nhà để tạo “mái nhà xanh” Các nghiên cứu Brad Bass nhóm ông Trung tâm Môi trường trường Đại học Toronto thực hồi năm 2008 cho thấy cách sử dụng mái nhà xanh, chi phí điều hòa không khí giảm tới 70% nhà tầng cối làm nguội mái nhà qua thoát nước đất trồng tách li phòng ốc bên khỏi dòng nhiệt Tuy nhiên, chi phí tiết kiệm tương ứng giảm khoảng 30% 20% tòa nhà hai ba tầng Phủ xanh đường phố Việc xác định xem cối có hiệu nguội thành phố tỏ khó nhiều, tính phức tạp nó; cối làm tăng suất phản xạ lẫn nguội bốc hơi, có nhiều tầng cây, khó thể mô hình khí hậu vùng Một nỗ lực thực Limor Shashua-Bar Milo Hoffman thuộc Viện Công nghệ Technion Israel, họ nhận thấy đường phố phủ nhiều xanh Tel Aviv có nhiệt độ không khí nguội môi trường xung quanh đến oC Tuy nhiên, nhà nghiên cứu phải biểu diễn tác dụng xanh mô hình chi tiết mà đơn giản giảm xạ tới khoảng 40% Trước lập mô xác tác dụng xanh lên đảo nhiệt đô thị, rõ ràng cần phải biết nhiều thứ Một phương pháp xác định xảy ra, thực nhóm trường Đại học Basel, Thụy Sĩ, đứng đầu nhà thực vật học Sebastian Leuzinger nhà khí tượng học Roland Vogt, sử dụng camera nhiệt phân giải cao gắn trực thăng Các nhà nghiên cứu đo nhiệt độ bề mặt phận thuộc Basel vào ngày mùa hè nắng nóng nhiệt độ không khí 25oC Họ nhận thấy đường phố đạt tới nhiệt độ 37 oC mái nhà 45oC, nhiệt độ cối trung bình 25 oC vật có nước 18 oC Những số có khả cho vào mô hình khí hậu vùng để mang lại gợi ý tác dụng xanh lên nhiệt độ không khí Tuy nhiên, kết bỏ qua độ cao tán cây; tầng thấp hơn, bị tầng che phủ, nguội tầng bên Vì thế, xanh mang lại làm nguội nhiều tiên đoán từ phép đo camera nhiệt Để giải vấn đề này, nhóm trường Đại học Manchester, bao gồm nhà vật lí, nhà sinh học nhà lập kế hoạch, sử dụng mô hình cân lượng đơn giản để tính nhiệt độ bề mặt cối, tòa nhà đường phố tiêu biểu (hình 1) Vốn phát triển ban đầu Chih Pin Tso, làm việc trường Đại học Malaya, Kuala Lumpur, vào thập niên 1990, mô hình đề xuất xanh có tác dụng hiệu so với phép đo nhiệt Basel đề xuất Vào ngày nắng nóng, nhiệt độ cực đại theo dự đoán vùng rừng nguội 18-25oC so với nhiệt độ tòa nhà đường phố Nhóm sử dụng khu vực Greater Manchester làm trường hợp nghiên cứu, vùng bao gồm toàn thành phố Manchester đô thị vệ tinh Trước tiên, phân loại kiểu xanh khu vực ảnh chụp từ máy bay (hình 2) nhận thấy rằng, thật bất ngờ khu vực xây dựng công nghiệp, 59% vùng Greater Manchester bao phủ xanh thoát nước Tất nhiên, độ bao phủ xanh, nhiệt độ bề mặt mà mô hình tiên đoán, không đồng toàn khu vực Các khu vực đông đúc trung tâm thành phố có độ che phủ xanh chưa tới 30% nóng không gian xanh tới 13oC Chúng thao tác với không gian xanh mô hình để tiến hành “thí nghiệm” thông thường thực Chẳng hạn, chứng minh việc bổ sung thêm 10% độ che phủ xanh cho trung tâm thành phố làm giảm nhiệt độ bề mặt cực đại khoảng 4oC Tuy nhiên, kết nghiên cứu thật cần phải đưa vào mô hình khí hậu vùng để tính nhiệt độ không khí Hình Sự phân bố không đồng bề mặt thoát nước xung quanh vùng Greater Manchester Anh Một nhà khoa học cần phải khám phá xanh thảm có tác dụng làm nguội tốt so với đối tượng khác Cách tốt thực điều khảo sát cân lượng bề mặt cách trực tiếp Vì xanh tự nguội thoát nước, nhiệt hóa nước không đổi mức 2,43 kJ/gram, nên làm nguội xanh mang lại tỉ lệ với tốc độ nước Người ta trông đợi cối mang lại làm nguội nhiều cỏ, chúng giữ cao phía mặt đất nước nhanh hơn, giống việc phơi quần áo sào; mặt khác, xanh dẫn nước lên chúng phải kháng lại trọng lực Các nhà vật lí môi trường nhà thực vật học phát triển kĩ thuật đo nước, chúng cho phép kiểm tra ý tưởng Sự nước cỏ đo tốt cách gắn lớp cỏ lên cân nhạy theo dõi trọng lượng ngày Sự nước cối đo thước đo dòng nhựa: vòng đệm làm nóng điện áp xung nhiệt vào thân để làm nóng nhựa bên Dụng cụ gắn cao thân theo dõi nhiệt độ đó, cho phép tính vận tốc và, đó, thể tích dòng nước dâng lên thân Sử dụng kĩ thuật này, nhiều nghiên cứu nhà lâm học nông học thực nhận thấy rừng thảm cỏ có nguội bay 100–200 W/m2 Nhưng có thông tin thảm cỏ cối đô thị - việc nghiên cứu thực nghiệm cần thiết Bức xạ từ Mặt trời Một lợi ích khí hậu tối hậu xanh mang lại ốc đảo mát mẻ để nghỉ dưỡng Nhiều nghiên cứu, đó, so sánh nhiệt độ không khí công viên với nhiệt độ không khí đường phố xung quanh, để nhận rằng, ngoại trừ vào ngày thật lặng gió, chênh lệch nhiệt độ nhỏ - thường chưa tới 1oC, không khí ấm từ môi trường xung quanh thổi vào công viên Vậy công viên cảm thấy mát mẻ hơn, bóng thật có tác dụng gì? Để trả lời câu hỏi này, phải xét cân nhiệt người Ở trạng thái nghỉ, thể người sản sinh nhiệt tốc độ khỏng 60 W/m2 bề mặt thể Chúng ta cảm thấy nóng tùy thuộc vào chỗ nhiệt làm nóng môi trường xung quanh đặn Thật bất ngờ, ngoại trừ gió cao, nhiệt đối lưu – khoảng W/m2 – khoảng 15 W/m2 bay từ thở Tuy nhiên, cá thể phát xạ hồng ngoại xa tốc độ tỉ lệ với lũy thừa bốn nhiệt độ chúng, chúng hấp thụ xạ từ môi trường xung quanh chúng Do đó, môi trường xung quanh lạnh 37 oC, rốt có nhiệt xạ Ở công viên đầy bóng râm, cảm thấy dễ chịu bị vây quanh tán mát lạnh Ở đường phố rộng thênh thang, trái lại, cảm thấy nóng hai nguyên do: thứ nhất, nhận thêm tới 120 W/m2 xạ sóng ngắn từ Mặt trời đến; thứ hai, nhựa đường xung quanh nóng hơn, làm giảm nhiệt xạ khoảng W/m2 tăng nhiệt độ oC Trong điều kiện vậy, phải toát mồ hôi để giải thoát cho gánh nặng nhiệt bổ sung Để nghiên cứu tầm quan trọng tương đối Mặt trời theo bóng râm nhiệt độ môi trường xung quanh, thực thí nghiệm đơn giản vào mùa hè năm 2009 Thí nghiệm theo dõi nhiệt độ xạ cỏ thảm bê tông, chúng nằm bóng nắng vĩnh viễn nằm bóng vĩnh viễn Chúng thực thí nghiệm với nhiệt độ cầu, nhiệt kế gắn bên cầu plastic màu xám Giữ độ cao 1,1 mét, thí nghiệm nhại lại tính chất nhiệt người trưởng thành mặc y phục Chúng nhận thấy việc cỏ bê tông có ảnh hưởng lên nhiệt độ xạ; điều kiện bị ảnh hưởng nhiều bóng râm, chúng làm giảm nhiệt độ xạ cực đại lên tới oC, từ 35oC xuống 26oC Vì người ta có xu hướng cảm thấy không thoải mái nhiệt độ xạ 24 oC, rõ ràng bóng râm có tác dụng lớn lên cảm giác dễ chịu người, xác nhận tầm quan trọng xanh khu vực đô thị Tác động lên sách đô thị Toàn nghiên cứu dựng nên tranh mô tả xem cải tạo đô thị nào: cối có tiềm lớn cải tiến môi trường đô thị, bề mặt nguội, mái nhà xanh chí “những tường sống” cải thiện hiệu suất môi trường tòa nhà Ngoài ra, hạ tầng kiến trúc xanh có lợi ích khác thí dụ làm giảm ngập tràn ánh nắng chói chang ô nhiễm hạt không khí Tuy vậy, rõ ràng có nhiều việc phải làm Chúng ta loài làm mát đô thị bắt giữ hạt ô nhiễm tốt nhất, to có tốt nhiều nhỏ hay không, hay rụng có tốt thường xanh hay không Chúng ta chẳng biết hiệu loại thực vật khác thay đổi theo biến đổi khí hậu Tuy nhiên, thật biết đủ để tác động đến nhà hoạch định sách Các nhà khoa học thuộc Cục Lâm nghiệp Mĩ, chẳng hạn, hợp tác với nhà kinh tế học để ước tính lợi ích kinh tế việc trồng xanh đường phố, từ việc làm giảm chi phí lượng việc giảm chi phí chăm sóc sức khỏe ô nhiễm không khí Mô hình kinh tế mà họ sáng tạo – mô hình iTree – cho thấy với đô la đầu tư vào trồng bảo dưỡng xanh đường phố người ta tiết kiệm năm đô la Ở New York, kiến thức này, với hậu thuẫn thị trưởng Michael Bloomberg, đưa đến việc trồng 20.000 xanh đường phố năm, thị trưởng London, Boris Johnson, cam kết trồng thêm 10.000 xanh đường phố nhiệm kì trị ông Cùng với xanh, người ta triển khai giải pháp mái nhà xanh cho tòa nhà mọc thành phố lớn Thật vui nói nhà vật lí góp phần làm cho thành phố ngày xanh hơn, dễ chịu để sống Tài liệu tham khảo - TS Trương Văn Tuấn, Giáo trình địa lí học số vấn đề môi trường, ĐHSP TP HCM - Luke Howard, The climate of London, deduced from Meteorological observations, made at different places in the neighbourhood of the metropolis, vol., London - Physics World, tháng 8/2010 - http://www.bachkhoatrithuc.vn/ [...]... khiến nhiệt độ ở các đô thị, các thành phố tăng cao 1/ Khái niệm hiện tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island) được hiểu là hiện tượng nóng lên ở khu vực trung tâm của thành phố hay sư chênh lệch giữa nhiệt độ của đô thị lõi so với khu vực ngoại ô, nông thôn xung quanh 2/ Lịch sử nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị Vào năm 1810, Luke Howard là người đầu tiên nghiên cứu và mô tả hiện. .. thôn xung quanh 3/ Nguyên nhân sinh ra hiện tượng đảo nhiệt đô thị Nguyên nhân chính của đảo nhiệt đô thị là sự thay đổi bề mặt sử dụng đất trong quá trình phát triển đô thị Quá trình này sử dụng nhiều loại vật liệu có tác dụng giữ nhiệt hiệu quả Nhân tố thứ hai góp phần tạo ra đảo nhiệt đô thị là lượng nhiệt thải ra do quá trình sử dụng năng lượng Khi các trung tâm đông dân cư phát triển, người dân có... nghiên cứu và mô tả hiện tượng này, mặc dù ông không phải là người đã đặt tên cho hiện tượng Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã được tập trung nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 20 của thế kỷ XX tại thành phố Luân đôn, Anh Trong những năm gần đây, được tiếp tục quan tâm nghiên cứu bởi các nhà khí hậu học ở các thành phố lớn trên thế giới đã xác định hiện tượng đảo nhiệt là sự chênh lệch nhiệt độ giữa thành phố... biểu hiện của biến đổi khí hậu, tuy nhiên, theo số liệu của của nhiều đai quan trắc, cạnh những thành phố có nhiệt độ tăng lên cao là những nước có nhiệt độ tăng lên rất chậm Vì vậy, nguyên nhân chủ yếu khiến nhiệt độ thành phố tăng nhanh không phải do biến đổi khí hậu mà là hậu quả của quá trình đô thị hóa thiếu bền vững dẫn đến hiện tượng Đảo nhiệt đô thị hay còn gọi là “Hòn đỏa nhiệt đô thị ,... chúng ta ngày một xanh hơn, dễ chịu hơn để sống Lời kết Tóm lại, đảo nhiệt đô thị là một trong những hậu quả để lại của quá trình đô thị hóa Hiện nay, hiện tượng này cùng với biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang làm cho thời tiết và khí hậu trên thế giới nói chung và các thành phố nói riêng ngày trở nên oi bức và khó chịu hơn Tuy nhiên, đô thị hóa là qúa trình tất yếu của sự phát triển của xã hội, chính... các thị tứ và thành phố Hòn đảo nhiệt đô thị còn làm cho các thành phố khó thở hơn, vì nó làm tăng lượng năng lượng dùng cho điều hòa không khí – năng lượng được bơm vào không khí ngoài trời và làm cho tình hình thêm tồi tệ Về nguyên tắc, các hiệu ứng đảo nhiệt đô thị có thể xảy ra trong suốt cả năm Tuy nhiên, đối với đời sống và tiêu dùng bị ảnh hưởng chủ yếu là thời tiết nóng trong hiệu ứng đảo nhiệt. .. ozone trong khí quyển gần mặt đất làm tăng ảnh hưởng đến sức khỏe con người Một đô thị đông dân với dân số từ 5 – 8 triệu người trở lên, quá trình tiêu thụ năng lượng sẽ càng cao thường tạo ra nhiệt độ trung bình cao hơn so với vùng nông thôn ngoại vi từ 7 – 80C 4/ Những biện pháp hạn chế, khắc phục hiện tượng đảo nhiệt đô thị Các bề mặt nguội Việc tăng suất phản chiếu của các tòa nhà và đường xá để... trên máy tính cực mạnh và phức tạp Các phép tính cho thấy hòn đảo nhiệt đô thị có thể giảm đi 2oC nếu toàn bộ các tòa nhà và đường xá được phủ những bề mặt có suất phản xạ cao hơn hiện nay 30% Sự giảm nhiệt độ này làm giảm chi phí điều hòa không khí vào mùa hè đi thêm 2-3% nữa Phủ xanh các tòa nhà Một phương pháp kiểm soát hòn đảo nhiệt đô thị có khả năng còn hiệu quả hơn so với sử dụng các bề mặt nguội... núi đô thị, có ít không gian bầu trời thoáng đãng phía trên có thể nhìn thấy, cho nên có ít bức xạ có thể thoát ra ngoài hơn Tất cả những điều này đang gây khổ sở cho cư dân đô thị Sự gia tăng nhiệt độ không khí đô thị so với nhiệt độ của vùng quê xung quanh, cái có thể đạt tới 70C ở một thành phố như London, khiến cho các thành phố là những nơi kém dễ chịu hơn để sinh sống trong những tháng mùa hè Nhiệt. .. không thoải mái ở những nhiệt độ bức xạ trên 24 oC, cho nên rõ ràng là bóng râm có tác dụng lớn lên cảm giác dễ chịu của mọi người, do đó xác nhận tầm quan trọng của cây xanh ở khu vực đô thị Tác động lên chính sách đô thị Toàn bộ nghiên cứu này là dựng nên một bức tranh mô tả xem chúng ta có thể cải tạo các đô thị như thế nào: cây cối có tiềm năng lớn nhất cải tiến các môi trường đô thị, còn những bề mặt ... tượng đảo nhiệt đô thị 2/ Lịch sử nghiên cứu tượng đảo nhiệt đô thị 3/ Nguyên nhân sinh tượng đảo nhiệt đô thị 4/ Đặc điểm, chất tượng đảo nhiệt đô thị 4/ Những biện pháp hạn chế, khắc phục tượng. .. đến tượng Đảo nhiệt đô thị hay gọi “Hòn đỏa nhiệt đô thị , khiến nhiệt độ đô thị, thành phố tăng cao 1/ Khái niệm tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island) hiểu tượng nóng lên... đến tượng Đảo nhiệt đô thị hay gọi “Hòn đỏa nhiệt đô thị , khiến nhiệt độ đô thị, thành phố tăng cao 1/ Khái niệm tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island) hiểu tượng nóng lên