Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 DOI:10.22144/jvn.2017.002 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG NHIỆT VÀ DIỄN BIẾN ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ BỀ MẶT KHU VỰC BẮC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Trần Thị Vân, Hà Dương Xuân Bảo, Đinh Thị Kim Phượng, Nguyễn Thị Tuyết Mai Đặng Thị Mai Nhung Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thơng tin chung: Ngày nhận: 27/09/2016 Ngày chấp nhận: 28/04/2017 Title: Characteristics of thermal environment and change detection of the surface urban heat island in the Northern part of Ho Chi Minh city Từ khóa: Biến động nhiệt độ, đảo nhiệt đô thị bề mặt, nhiệt độ bề mặt, Landsat, vệ tinh Keywords: Land surface temperature, Landsat, surface urban heat island, temperature change ABSTRACT The article refers to the characteristics of the land surface temperature extracted from the Landsat image from which to consider changes in the formation of surface urban heat island for the Northern part of Ho Chi Minh city, excluding Nha Be and Can Gio Time survey included times of image acquisition in 1995, 2005 and 2015 Research has identified surface urban heat island from thermal infrared band, according to the ability of the surface emission based on characteristics of normalized difference vegetation index (NDVI) The results showed a growing trend of temperature fluctuations over the city and a gradual expansion of the high-temerature zone towrds the suburbs In the period 1995-2015, the trend of the formation of surface urban heat island with typical locations showed a clear difference between the surface temperature of urban areas and rural areas and a quadruple spatial expansion of heat island in 2015 compared to 1995 Since then, solutions to reducing the impact of urban heat island were proposed in order to protect the urban environment and the lives of residents in Ho Chi Minh City TÓM TẮT Bài báo đề cập đến đặc trưng nhiệt độ bề mặt đất trích xuất từ ảnh vệ tinh Landsat, từ xem xét diễn biến hình thành đảo nhiệt thị bề mặt cho khu vực Bắc thành phố Hồ Chí Minh, khơng tính huyện Nhà Bè Cần Giờ Thời gian khảo sát gồm thời điểm thu nhận ảnh năm 1995, 2005 2015 Nghiên cứu xác định đảo nhiệt đô thị bề mặt từ kênh hồng ngoại nhiệt theo khả phát xạ bề mặt thực dựa đặc tính số thực vật NDVI Kết cho thấy, biến động nhiệt độ thành phố có xu hướng ngày tăng mở rộng dần diện tích vùng có nhiệt độ cao hướng vùng ngoại ô Trong giai đoạn 1995-2015, xu hướng hình thành đảo nhiệt thị bề mặt với vị trí điển hình cho thấy khác biệt rõ ràng nhiệt độ bề mặt khu vực đô thị khu vực nông thôn, mở rộng không gian đảo nhiệt năm 2015 gấp lần so với năm 1995 Từ đó, giải pháp giảm thiểu tác động đảo nhiệt đô thị đề xuất nhằm bảo vệ môi trường đô thị sống cư dân thành phố Hồ Chí Minh ngày tốt Trích dẫn: Trần Thị Vân, Hà Dương Xuân Bảo, Đinh Thị Kim Phượng, Nguyễn Thị Tuyết Mai Đặng Thị Mai Nhung, 2017 Đặc điểm môi trường nhiệt diễn biến đảo nhiệt đô thị bề mặt khu vực Bắc thành phố Hồ Chí Minh Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 49a: 11-20 11 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 1972 Sau đó, số nghiên cứu thực để đánh giá mơ hình khơng gian SUHI việc trích LST xem xét mối liên hệ chúng với đặc trưng độ che phủ đất sử dụng đất (Lougeay et al., 1996) Những điều tra sâu cho thấy biến đổi khí hậu nhiệt độ thị có liên quan đến đặc trưng bề mặt, ví dụ số NDVI (Lo et al., 1997; Weng et al., 2004) dùng để đánh giá mối quan hệ LST thực vật phát triển khu vực đô thị phạm vi khác tầm quan trọng mức độ mơ hình tác động đánh giá mối quan hệ chúng Những phân tích sau tìm nguồn gốc sinh SUHI có liên quan đến hình dạng bề mặt tính chất nhiệt bề mặt (Voogt & Oke, 2003) GIỚI THIỆU Ở thành phố, nơi tập trung đông dân cư phát triển mạnh mẽ q trình thị hóa làm thay đổi đáng kể cảnh quan khu vực Suy giảm lớp phủ thực vật, mở rộng khơng gian đất cơng trình cơng cộng, chuyển đổi đất canh tác gia tăng bề mặt khơng thấm số ngun nhân đặc trưng góp phần làm tăng nhiệt độ khu vực đô thị so với khu vực nông thôn Sự khác biệt nhiệt độ hai khu vực dao động từ 3-6oC, có lên đến 11-12oC (Trần Thị Vân ctv., 2011) Sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến hiệu ứng “Ốc đảo nhiệt đô thị” (UHI - urban heat island – gọi tắt “đảo nhiệt đô thị”) Hiện tượng xảy vào thời điểm, nhiệt độ trung bình khu vực phát triển thị với nhiều cơng trình nhân tạo cao khu vực công viên nông thôn với môi trường tự nhiên xung quanh gây nên tượng xạ nhiệt bề mặt dị thường Về chất, bề mặt không thấm (bê tông, đường nhựa, bãi đỗ xe…) thu nhận xạ mặt trời chuyển đổi thành lượng nhiệt Một phần nhiệt truyền qua lớp bề mặt không thấm vào môi trường bên lớp bề mặt, phần phản xạ lại vào khơng khí bên dạng hiển nhiệt Bức xạ nhiệt bề mặt dị thường lan truyền lên theo dòng đối lưu tác động vào khí quyển, vừa đốt nóng lớp khơng khí bên vừa làm thay đổi điều kiện hồn lưu khí tác động đến khí hậu khu vực, gây kiểu thời tiết cực đoan thay đổi thành phần sol khí (Jones et al., 1990; Kalnay et al., 2003) Ở Việt Nam, năm gần có số nghiên cứu ứng dụng viễn thám để đánh giá môi trường nhiệt đô thị qua việc ước tính giá trị nhiệt độ từ ảnh vệ tinh kênh hồng ngoại nhiệt Pham Van Cu et al (2004) tính thử nghiệm nhiệt độ xạ từ ảnh viễn thám ASTER cho khu vực nội thành Hà Nội vào năm 2003 Tác giả Trần Thị Vân (2006), khai thác kênh nhiệt ảnh Landsat ETM+ để tính khơi phục nhiệt độ cho khu vực phía Bắc thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) Cơng trình tác giả Le Van Trung et al (2006), tính tốn thành lập đồ nhiệt độ cho toàn TPHCM phương pháp NOR REF Các tác giả Trần Hùng ctv (2002), Ho Tong Minh Dinh et al (2007) ứng dụng viễn thám tính tốn nhiệt độ nhóm kiểu thực phủ Năm 2011, Trần Thị Vân ctv có nghiên cứu sâu việc tính toán nhiệt độ bề mặt thực xác định mối tương quan biến đổi nhiệt độ với yếu tố thị hóa, đồng thời khảo sát đặc trưng SUHI vào giai đoạn 1989-2006, cho thấy chênh lệch tạo nên SUHI TPHCM khoảng 11-12oC Giám sát nhiệt độ bề mặt đất (LST - land surface temperature) có tầm quan trọng hàng đầu nghiên cứu UHI LST có mối liên hệ trực tiếp với xạ bề mặt trao đổi lượng, chất khí hậu hoạt động người (Weng, 2009) Trước công nghệ viễn thám đời, UHI nghiên cứu quan sát mặt đất từ trạm quan trắc nhiệt kế gắn xe (Voogt & Oke, 2003) Với đời vệ tinh máy bay, viễn thám hồng ngoại nhiệt cung cấp phát triển cho việc nghiên cứu UHI Bài báo trình bày nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám từ khai thác ảnh vệ tinh Landsat với kênh phổ phản xạ kênh hồng ngoại nhiệt để khảo sát diễn biến môi trường nhiệt thể qua SUHI, từ đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động chúng đến môi trường đô thị sức khỏe dân cư địa bàn TPHCM giai đoạn 19952015 UHI khái niệm chung cách gọi đảo nhiệt sử dụng số liệu quan trắc nhiệt độ khơng khí đo độ cao m so với mặt đất Kết phân tích ảnh viễn thám cho giá trị nhiệt độ bề mặt đối tượng, xem xét đảo nhiệt liên quan đến khái niệm “đảo nhiệt đô thị bề mặt” (SUHI – surface urban heat island) Vì vậy, trình bày UHI liên quan đến kỹ thuật viễn thám nghĩa đề cập đến SUHI KHU VỰC NGHIÊN CỨU TPHCM thuộc phía Đơng khu vực Nam Bộ, với diện tích 2098,7 km2 chiếm 0,76% diện tích nước Hiện nay, TPHCM có 19 quận huyện Phía Bắc TPHCM thuộc khu vực nghiên cứu có 19 quận huyện (Hình 1) Sự phân bố dân cư TPHCM không đồng Trong số quận như: 3, 4, 10 11 có mật độ lên tới SUHI nghiên cứu liệu viễn thám nghiên cứu Rao vào năm 12 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 40.000 người/km², huyện ngoại thành Cần Giờ có mật độ tương đối thấp khoảng 98 người/km2 Giai đoạn từ năm 1986 đến nay, thành phố bước vào giai đoạn đổi mới, dòng người nhập cư vào thành phố giai đoạn từ Đồng sông Cửu Long, khu duyên hải miền Trung vào làm ăn sinh sống Trong năm 1991-1994 nước bước đầu thoát khỏi khủng hoảng kinh tế - xã hội, bước đầu phục hồi kinh tế sức ép dân nhập cư vào thành phố lại mạnh mẽ Theo dự báo đến năm 2025, TPHCM có 10 triệu dân siêu đô thị động tầm cỡ giới (Nguyễn Đức Hòa, 2010) Sự gia tăng dân số phát triển kinh tế - xã hội dẫn đến giao thơng tăng nhanh, diện tích nhà mở rộng ngoại thành nhiều so với trước Mật độ xây dựng cao, nhiệt độ xạ bề mặt cao Trong đó, diện tích xanh thành phố bị thu hẹp dần Sự cân tự nhiên bị phá vỡ, tác động mạnh mẽ đến biến đổi vi khí hậu, tăng lên nhiệt độ đô thị so với vùng phụ cận, hình thành nên UHI, khiến thành phố biến thành “quả cầu lửa” nung nóng người dân (Trần Thị Vân ctv., 2011) Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày rõ nét nay, với việc thị hóa diễn nhanh chóng phức tạp, việc hiểu biết sâu sắc UHI nhằm hỗ trợ công tác quản lý môi trường đô thị hiệu hướng đến bảo vệ sức khỏe cộng đồng tác động chúng Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu TPHCM hc k ln hc 5 / B 1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TB Nghiên cứu UHI có cách tiếp cận để giải vấn đề Một sử dụng liệu quan trắc mặt đất từ trạm khí tượng phân bố khoảng cách xa trạm, từ đánh giá biến động nhiệt độ theo trạm nội suy từ vài trạm vùng lãnh thổ Hai sử dụng liệu vệ tinh, trích xuất thông tin nhiệt độ từ ảnh vệ tinh qua phép xử lý tính tốn trực tiếp từ ảnh Như trình bày trên, tiếp cận theo cách thứ hai cho thấy diện phân bố không gian nhiệt độ tồn vùng theo lưới phụ thuộc vào kích thước pixel Cách cho kết xác so với việc nội suy cho khu vực rộng lớn từ vài điểm Vì vậy, phương pháp nghiên cứu theo hướng ứng dụng ảnh vệ tinh 3.1 Ước tính nhiệt độ bề mặt đất (1) Trong đó, h - số Planck (6,62 ×10-34 Jsec); c - vận tốc ánh sáng (2,998 ×108 m sec-1); λ bước sóng xạ phát (μm); k - số Boltzman (1,38x10-23 JK-1); Bλ - xạ vệ tinh theo bước sóng λ (Wm-2μm-1) Để xác định LST thực, cần thiết phải hiệu chỉnh khí biết độ phát xạ lớp phủ đất (LSE – Land Surface Emissivity) Do thiếu số đo khí vào thời gian thu chụp ảnh, nên bước hiệu chỉnh khí bỏ qua Tuy nhiên, ảnh chọn lựa chụp vào mùa khơ, lúc trời quang mây, hiệu ứng khí ảnh khơng có nghĩa Riêng LSE bề mặt tự nhiên thay đổi đáng kể khác biệt đặc tính lớp phủ đất thực vật (Van De Griend et al., 1993) Vì vậy, hiệu chỉnh độ phát xạ cần phải thực LSE (ε) tính theo cơng thức: (Valor et al., 1996) Các cảm biến hồng ngoại nhiệt đo lường xạ giới hạn khí quyển, nhiệt độ chói vệ tinh TB (cịn gọi nhiệt độ vật đen) trích xuất định luật Planck (Gupta, 1991) 13 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ ε = εv Pv + εs (1 – Pv) Tập 49, Phần A (2017): 11-20 Tại trạm khí tượng quốc gia, số đo nhiệt độ khơng khí đo lần/ngày vào 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19 22, Trong đó, số đo nhiệt độ mặt đất đo lần/ngày vào 1, 7, 13 19, khơng có số đo lúc 10g sáng vào bay vệ tinh Landsat qua vị trí Việt Nam Đây hạn chế trạm quan trắc mặt đất Do đó, việc đánh giá sai số nghiên cứu nhiệt từ tư liệu viễn thám luôn hạn chế khơng có thời gian dài để tự thực thí nghiệm đo đạc vào thời điểm vệ tinh bay chụp Đồng thời, đánh giá biến động với tư liệu lịch sử lại cịn bị khó hồn tồn khơng có số đo nhiệt độ mặt đất song hành Khi thiết kế cảm biến đo nhiệt độ mặt đất, chuyên gia thực nhiều kiểm chứng độ xác thiết bị trước cho thiết bị hoạt động thức Các nghiên cứu chứng minh sai số xác định nhiệt độ từ ảnh vệ tinh khoảng từ 0,5 – 2oC có hiệu chỉnh khí đầy đủ tùy thuộc vào phương pháp tính tốn khác (Gillespie et al., 1999) Đồng thời, theo kết nghiên cứu Trần Thị Vân ctv (2011), với thiết lập 10 điểm tự quan trắc đánh giá sai số cho phương pháp xác định nhiệt độ ±1,95oC Vì vậy, xác định nhiệt bề mặt từ vệ tinh đáng tin cậy, dùng hỗ trợ cho tốn mơi trường biến đổi khí hậu, điều kiện lưới trạm đo mặt đất thiếu (2) với εv, εs độ phát xạ đất phủ đầy thực vật đất trống hoàn toàn, Pv hợp phần thực vật, tính theo NDVI tương quan với ngưỡng giá trị NDVIs đất trống NDVIv đất phủ đầy thực vật Pv xác định theo công thức tỷ số sau: (Carlson et al., 1997) Pv NDVI NDVI s NDVI v NDVI s (3) Khi biết LSE (ε), LST (Ts) hiệu chỉnh LSE tính theo định luật Stefan Boltzmann (Gupta, 1991): 4 (4) B TS TB Từ đó, TS TB (5) với σ - số Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2 K-4); B - xạ tổng phát (Wm2-); TS LST (K); TB - nhiệt độ chiếu sáng (K); ε - LSE có giá trị từ đến 3.2 Đánh giá sai số Sai số sai khác giá trị thực nghiệm thu so với giá trị mong muốn Sai số đánh giá độ xác phương pháp xác định nhiệt độ xác định từ độ lệch trung bình Bias sai số E (%) giá trị ước tính với giá trị đo thực tế từ trạm khí tượng theo cơng thức sau: bias N tính TSi TSiđo N i 1 E (%) TSitính TSiđo TSiđo *100 Tuy vậy, nghiên cứu thực đánh giá sai số kết trích xuất nhiệt độ bề mặt từ tư liệu viễn thám số đo nhiệt độ khơng khí (do khơng có số đo nhiệt độ mặt đất) theo số liệu từ trạm Tân Sơn Hòa Kết sai số độ xác phương pháp tính theo cơng thức thể Bảng Ở cho thấy, số đo nhiệt độ từ ảnh vệ tinh có giá trị cao số đo trạm Từ dẫn đến sai số lớn Điều lý giải bề mặt đất đốt nóng trực tiếp từ xạ mặt trời, không khí lại khơng bị đốt nóng trực tiếp lại chịu tác động gió lớp phủ bên bề mặt đất Vì vậy, nhiệt độ khơng khí ln có giá trị thấp Đây minh họa cho thấy hạn chế quan trắc trạm đo mặt đất viễn thám giải pháp tối ưu hỗ trợ công tác giám sát nhiệt cho khu vực, đặc biệt mặt không gian (6) (7) 3.3 Dữ liệu nghiên cứu Ảnh vệ tinh thực nghiên cứu ảnh Landsat TM, Landsat ETM + Landsat /OLI & TIRS lấy miễn phí từ trang web Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ vào thời điểm: TM 02/02/1995; ETM+ - 04/01/2005; OLI & TIRS 24/01/2015 Bên cạnh đó, đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 thu thập nhằm cung cấp thơng tin địa hình mạng lưới thủy văn, đường giao thông, khu công nghiệp ranh giới hành Bảng 1: Sai số tính nhiệt độ qua thời điểm chụp ảnh Năm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đánh giá sai số kết xử lý ảnh nhiệt vệ tinh 04-01-2005 24-01-2015 Độ lệch trung bình (Bias) Đánh giá độ xác xác định nhiệt độ bước cần thiết để kiểm tra tính đắn kết 14 Tđo (oC) 27,5 26,8 T tính Độ lệch E (oC) (oC) (%) 32,0 4,5 16,4 30,8 4,8 17,9 4,6 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 từ 21oC đến 47oC Kết phân bố không gian cho thấy, LST cao 40oC nằm rải rác khu cơng nghiệp tập trung khu vực có hoạt động sản xuất, tìm thấy khu chế xuất Tân Thuận, KCN Linh Trung, KCN Tân Bình 4.2 Phân bố nhiệt độ bề mặt đô thị Kết phân bố LST thời điểm ảnh (Hình 2) cho thấy, nhìn chung nhiệt độ cao tập trung quận nội thành quận huyện phía Bắc thành phố với khoảng giá trị cho năm dao động Hình 2: Phân bố LST ảnh vệ tinh vào thời điểm chụp giai đoạn 1995-2015 vụ mùa đất trống Cụ thể, ảnh ngày 04/01/2005 ảnh hưởng thời tiết mát lạnh cuối năm vùng đất nơng nghiệp huyện Bình Chánh, huyện Củ Chi, huyện Hóc Mơn cịn lớp phủ thực vật nên LST số vùng dao động từ 20oC đến 30oC Mặt khác, thời điểm lương thực vào giai đoạn chín, nên khả nước làm mát môi trường hạn chế so với thực vật giai đoạn sinh trưởng Vì vậy, số vùng khu vực ngoại thành có LST cao từ 35oC đến 40oC Những ngày cuối tháng đầu tháng tháng bắt đầu mùa nắng nóng nhiều mùa thu hoạch trồng nông nghiệp, lương thực lúa Một số khu vực đất nông nghiệp ngoại thành như: Củ Chi, số xã thuộc huyện Hóc Mơn huyện Bình Chánh vùng trồng mùa chín thu hoạch trở thành đất trống Vì vậy, LST cao dao động từ 30 – 35oC ảnh cuối tháng năm 2015 Đối với ảnh tháng năm 1995, ảnh bước vào mùa nóng nắng Tuy nhiên, thời kỳ diện tích bao phủ bề mặt không thấm chưa cao, tốc độ đô thị hóa chậm nên LST từ 35oC đến 40oC tập trung khu vực nội thành Khu vực ngoại thành huyện Củ Chi có vùng LST cao 35oC tập trung xã An Phú, Phú Mỹ Hưng xã An Nhơn Tây, vùng sản xuất nông nghiệp lớn huyện LST cao giải thích diện tích đất nơng nghiệp thời kỳ trồng thu hoạch trở thành đất trống, thời điểm vào cuối vụ Đơng Xn Trong đó, tháng năm giai đoạn cách 10 năm khu vực nội thành ln ln thể nhiệt độ cao xung quanh (Hình 3) Khu vực phía Bắc TPHCM đa số nằm khoảng LST từ 35oC đến 40oC chủ yếu tập trung khu vực đô thị, khu vực dân cư thiếu xanh với mật độ xanh thưa thớt khu vực đất trống, tương ứng với suy giảm lớp phủ thực vật phân bố không gian độ phát xạ bề mặt quận 10, quận Gò Vấp, quận 11, quận Tân Phú Điều giải thích khu vực thị có vật liệu bề mặt, vật liệu xây dựng bê-tông, đá, nhựa đường… mang tính chất dẫn nhiệt cao, hấp thụ xạ chiếu đến tốt nhanh phản xạ lại thấp Trong đó, q trình bốc nước bề mặt không thấm từ vật liệu lại so với bề mặt phủ đầy thực vật, xanh đất ẩm ướt (Trần Thị Vân ctv., 2011) Khoảng LST từ 30oC đến 35oC tập trung khu vực xanh, đồng cỏ đất nông nghiệp, chủ yếu Huyện Củ Chi Huyện Bình Chánh phần Huyện Hóc Mơn Những khu vực hoạt động sản xuất chủ yếu canh tác nông nghiệp, trồng lúa lương thực Khu vực có LST thấp 30oC khu vực rừng mặt nước ven sơng sài gịn LST mặt nước thường có giá trị khơng đổi dao động từ 20oC đến 30oC Các ảnh chụp vào mùa khô khu vực TPHCM (tháng tháng năm), ảnh vệ tinh thể tính chất rõ ràng nhiệt độ mùa khô Tuy nhiên, tháng khác nhau, ngày chụp ảnh khác phân bố LST có khác so sánh khu vực tương đồng không gian khu vực đất nơng nghiệp Mặt khác, phân bố LST cịn tùy thuộc vào thời tiết, thời vụ gieo trồng độ ẩm đất: có trồng – đất phủ thực vật thu hoạch 15 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ 02-02-1995 Tập 49, Phần A (2017): 11-20 04-01-2005 24-01-2015 Hình 3: Phân bố kiểu lớp phủ mặt đất vào thời điểm chụp giai đoạn 1995-2015 1995 lên gần 30% năm 2015 Điều thể diện tích khoảng LST từ 20-30oC chuyển sang vùng diện tích có khoảng LST 35oC (Bảng 3) 4.3 Xu hướng nhiệt độ bề mặt giai đoạn 1995-2015 Xét ảnh vệ tinh thời điểm chụp năm 1995, 2005, 2015 cho thấy LST trung bình tồn khu vực phía Bắc TPHCM có giá trị tăng dần theo thời gian từ 30,79 oC vào năm 1995 tăng lên 33,51 oC vào đầu năm 2015 Sai lệch thời gian xem xét tháng năm không đáng kể (trong tháng gần kề, tháng tháng 2) nên thời điểm chụp ảnh vệ tinh xem xét đặc trưng LST mùa khô đặc điểm tính chất cho tồn khu vực Xu hướng cho tồn vùng khu vực nội thành, ngoại thành có chiều hướng tăng (Bảng 2) Khảo sát LST trung bình quận/huyện tính thời điểm chụp ảnh vệ tinh cho thấy, LST trung bình cao thường rơi vào quận Tân Phú, Tân Bình, quận 6, quận Gò Vấp (từ 33oC đến 37oC) Trong đó, LST trung bình quận/huyện thấp thường rơi vào huyện Củ Chi, Hóc Mơn, Bình Chánh, quận quận (từ 29oC đến 33oC) Bảng 3: Phần trăm diện tích (%) khơng gian tương ứng khoảng chia LST thời điểm chụp ảnh giai đoạn 1995-2015 T (oC) 20-30 30-35 35-47 Toàn khu vực Bắc TPHCM (oC) Khu vực 19 quận (nội thành) (oC) Khu vực huyện (ngoại thành) (oC) Năm 1995 Năm 2005 1/2015 30,79 32,78 33,51 31,61 32,74 34,50 30,27 31,67 32,89 Năm 2005 17,6 71,6 10,8 2015 6,0 64,1 29,9 Năm 1995, phần lớn diện tích khu vực bị chi phối mức LST 30-35oC chiếm 53.8% diện tích tồn vùng, vùng LST từ 20-30oC chiếm 38.4% diện tích tồn vùng Hai vùng diện tích với khoảng chia LST tập trung khu vực ngoại thành quận vùng ven Phần diện tích với phạm vi LST từ 35oC tập trung chủ yếu khu vực nội thành phân bố rải rác vùng ngoại thành chiếm 7,8% diện tích tồn vùng Năm 2005, phần lớn diện tích khu vực bị chi phối mức LST 30-35oC chiếm 71,6% diện tích tồn vùng tăng 17.8% so với năm 1995 Phần diện tích khoảng LST từ 20-30oC chiếm 17,6 % giảm 20.8% so với năm 1995 Vùng LST cao 35oC chiếm 10,8 % tăng 3% so với năm 1995 Như vậy, phần diện tích với khoảng LST 20-30oC chuyển sang vùng LST 30-35oC vùng 35oC Vùng tăng LST đa số tập trung khu vực nội thành khu dân cư, khu công nghiệp Bảng 2: LST trung bình (oC) giai đoạn 19952015 LST trung bình 1995 38,4 53,8 7,8 Tổng diện tích tồn vùng nghiên cứu 129.116,52 Nhìn chung, diện tích không gian với khoảng chia LST từ 20oC đến 30oC giảm từ 38,4% vào năm 1995 xuống 6% so diện tích tồn vùng vào năm 2015 Trong đó, diện tích có khoảng LST từ 35oC tăng từ 7,8% năm Tương tự năm 2005, năm 2015 phần lớn diện tích khu vực bị chi phối phạm vi LST 3035oC chiếm 64,1% diện tích tồn khu vực, tăng 10,3% so với năm 1995 giảm 7,5% so với năm 2005 Phần diện tích với khoảng LST 20-30oC chiếm 6% diện tích tồn vùng, giảm 32,4% so với 16 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 năm 1995 giảm 11,6% so với năm 2005 Phần diện tích với khoảng LST lớn 35oC chiếm 29,9% diện tích tồn vùng tăng 22,1% so với năm 1995 tăng 19,1% so với năm 2005 Như vậy, phần diện tích với khoảng LST từ 20-30oC chuyển sang vùng nhiệt độ từ 30-35oC 35oC Điều thể biến động nhiệt độ từ khu vực có khoảng chia LST mát mẻ 20-30oC sang vùng LST ấm nóng 30oC 4.4 Biến động đảo nhiệt đô thị bề mặt giai đoạn 1995-2015 TPHCM Hình thể vị trí SUHI điển hình khu vực nghiên cứu Để xác minh độ lớn SUHI khu vực phía Bắc TPHCM, ngưỡng LST > 35oC phân chia hình, xác định có SUHI rõ rệt hình thành khu vực nghiên cứu Các SUHI có xu hướng mở rộng diện tích thể Bảng phân bố không gian chúng Bảng 4: Diện tích khơng gian SUHI (ha) với LST >35oC Theo cấu trúc không gian hình ảnh chụp vào thời điểm ảnh vệ tinh, SUHI có thay đổi mở rộng rõ rệt từ kiểu chấm vùng nhỏ phân tán năm 1995 đến kiểu chuỗi vùng tập trung lớn dần từ năm 1995 đến năm 2005 từ năm 2005 đến năm 2015, đặc biệt khu vực nội thành loại bỏ vùng LST cao khu đất trống nơng nghiệp huyện Bình Chánh phía Tây Nam thuộc huyện Củ Chi phía Bắc Ảnh vệ tinh ngày 02/02/1995 04/01/2005 24/01/2015 SUHI_1 668 782 2.094 SUHI_2 128 172 800 SUHI_3 6.637 19.696 23.757 SUHI_4 539 3.814 4.844 Tổng cộng 7.972 24.464 31.495 SUHI Hình 4: Vị trí SUHI điển hình khu vực Bắc TPHCM vào thời điểm chụp ảnh 2001 đến năm 2005 cho thấy có 8.000 đất nông nghiệp quận quận 2, quận 7, quận 9, quận 12 quận Thủ Đức chuyển thành đất số khu vực đô thị tự phát khơng kiểm sốt khác giai đoạn Mặt khác, q trình thị hóa diễn nhanh chóng nhiều quận huyện TPHCM quận 2,7,9,12, Bình Tân, Tân Phú, Thủ Đức nhiều khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Thủ Thiêm, Nam Sài Gòn, Hiệp Phước lập thêm đến năm 2003 cho thấy phát triển chuyển biến nhanh chóng thị hóa giai đoạn 1995-2005 Bên cạnh đó, nhiều khu dân cư thị tự phát hình thành nhiều phường, xã trước nông thôn vùng ven phường Phú Mỹ (Quận 7), Phường Trung Mỹ Tây (quận 12) Việc quy hoạch sử dụng đất xây dựng chưa phù hợp làm suy giảm diện tích bề mặt tự nhiên gia tăng diện tích bề mặt khơng thấm Trong q trình phát triển thị quận Tổng diện tích SUHI tồn thành phố mở rộng từ 7,972 năm 1995 lên 24,464 năm 2005, tăng gấp lần, đến năm 2015 diện tích SUHI mở rộng lên đến 31,495 ha, tăng gấp lần so với năm 1995 LST cao 35oC phản ảnh rõ nét tính chất SUHI cho khác biệt khu vực đô thị nơng thơn cho khu vực TPHCM Bên cạnh đó, LST từ 35oC ảnh hưởng rõ nét đến đời sống cộng đồng dân cư, gây thời tiết oi bức, khó chịu gia tăng hoạt động làm mát, từ sinh chất nhiễm mơi trường Vì vậy, khoảng chia LST để đánh giá SUHI chọn 35oC Xu hướng mở rộng diện tích vùng LST 35oC khu vực trung tâm giai đoạn từ năm 1995-2005 cho thấy thay đổi trạng sử dụng đất gia tăng diện tích bề mặt khơng thấm q trình thị hóa Theo số liệu thống kê, từ năm 17 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 7, khu đô thị Phú Mỹ Hưng, khu thị Bàu Cát quận Tân Bình, Khu dân cư đô thị Phú Lâm quận 6, kênh mương bưng biền ao khu vực bị san lấp để tận dụng mở rộng mặt xây dựng Cùng với q trình mở rộng khơng gian thị q trình cơng nghiệp hóa mạnh mẽ Từ khu chế xuất khu công nghiệp tập trung với đời phát triển khu chế xuất Tân Thuận từ 300 năm 1991 khu chế xuất khác tiếp tục phát triển Tính đến tháng 5/2006 tồn thành phố có 17 khu cơng nghiệp khu chế xuất với 2068 (13 khu công nghiệp, khu chế xuất 01 khu công nghệ cao) (Trần Tấn Vinh, 2005) Điều giải thích cho thay đổi lớn mở rộng diện tích SUHI quận vùng ven (Hình 5) 25000 20000 Dien tich (ha) SUHI_1 15000 SUHI_2 SUHI_3 10000 SUHI_4 5000 1995 2005 2015 Nam Hình 5: Biểu đồ biến động diện tích SUHI vào thời điểm chụp giai đoạn 1995-2015 Trung khu công nghệ cao quận với tỉ lệ mở rộng gấp lần từ năm 1995 đến năm 2015 Vùng SUHI_1 SUHI_2 khu vực huyện Củ Chi với mở rộng diện tích không đáng kể từ năm 1995 đến năm 2005, tỉ lệ mở rộng khoảng 1.3 lần Giai đoạn chưa có nhiều hoạt động khu cơng nghiệp Tây Bắc Củ Chi chưa mở rộng khu dân cư trung tâm thị trấn Củ Chi Giai đoạn từ năm 2005 đến năm 2015, SUHI có mở rộng diện tích đáng kể (SUHI_1 tăng từ 782 lên 2.094 SUHI_2 từ 172 lên 800 ha) Ở giai đoạn sách mở rộng diện tích khu công nghiệp Tây Bắc Củ Chi giai đoạn năm 2012 vào hoạt động Mặt khác, với sách xây dựng nơng thơn giai đoạn 2012-2015, hồn thiện hệ thống đường giao thơng phương pháp bê tơng hóa đường đất thành đường nhựa Vì vậy, nhiệt độ khu trung tâm huyện vùng lân cận tăng lên đáng kể Tuy nhiên, kết cho biết phân bố SUHI thời điểm vệ tinh chụp ảnh Ở thời điểm khác nhau, hình ảnh SUHI khác Do đó, SUHI cịn xem tượng khí tượng động, khơng phải đặc trưng số hay Đồng thời, độ lớn thay đổi chọn ngưỡng phân cấp nhiệt độ khác GIẢI PHÁP GIẢM NHẸ SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC ĐỘNG CỦA ĐẢO NHIỆT ĐƠ THỊ Bên cạnh số tác động tích cực, phần lớn UHI thường biết đến nguyên nhân gây nên tác động tiêu cực cho môi trường ảnh hưởng đến người theo nhiều cách khác Nhiệt độ cao từ UHI khu đô thị, đặc biệt vào mùa hè ảnh hưởng đến môi trường chất lượng sống tăng nhu cầu sử dụng điện, lượng cho thiết bị làm mát Điều làm tăng phát thải khí độc hại gây nhiễm khơng khí Hệ ảnh hưởng đến sức khỏe người gây khó chịu khó khăn hô hấp, chuột rút nhiệt, đột quỵ tạo gánh nặng y tế UHI làm tăng nhu cầu sử dụng nước làm suy giảm chất lượng nước Bên cạnh việc sử dụng lượng từ thiết bị làm mát, việc sử dụng nguồn nước để làm mát nhu cầu sinh Vùng SUHI_3 cực lớn hình thành vùng nội thành từ diện tích 6637.32 năm 1995 đến năm 2005 vùng diện tích lên đến 19.696 tăng gấp lần năm 2015 vùng mở rộng lên đến 23.757 ha, tăng lên gấp 3.6 lần so với năm 1995 Sự mở rộng diện tích vùng LST cao 35oC gia tăng diện tích bề mặt khơng thấm cộng với tốc độ thị hóa khu vực nội thành cao gia tăng dân số giai đoạn Vùng SUHI_4 hình thành khu vực quận Thủ Đức, nơi có hoạt động khu công nghiệp Linh 18 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 hoạt tăng cao, gây thiếu hụt nguồn nước Nhiệt độ nước tăng làm ảnh hưởng đến khía cạnh đời sống thủy sinh đặc biệt trao đổi chất sinh sản nhiều loài thủy sinh nước Quan trọng UHI ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu gia tăng nhiễm khơng khí phát thải khí hiệu ứng nhà kính (EPA, 2012) tác động từ phía người, từ q trình phát triển thị Nhiều nghiên cứu chứng minh UHI tác động tiêu cực ảnh hưởng đến chất lượng sống môi trường thị Vì vậy, từ kết trên, nghiên cứu đưa số giải pháp giảm nhẹ gia tăng nhiệt độ trình phát triển đô thị, nhằm hướng tới phát triển đô thị bền vững TPHCM đô thị lớn, sôi động, trung tâm kinh tế - văn hóa – xã hội nước Trong nhiều năm qua, thành phố tiếp tục mở rộng vùng ngoại ô thị phát triển nhanh chóng Do đó, cần có chiến lược quản lý thị cân mơi trường sống tốt cho cộng đồng Mục đích giải pháp nhằm thúc đẩy làm mát môi trường đô thị để giảm thiểu tác động UHI Mặt khác mang lại lợi ích giảm nhu cầu tiêu thụ lượng, giảm phát thải khí hiệu ứng nhà kính giảm nhiễm khơng khí Qua kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ cao xuất nơi bao phủ vật liệu xây dựng, bê tông hóa, đường giao thơng nơi thiếu mật độ xanh, bóng mát, thiếu mặt nước hoạt động người Do đó, số nguyên tắc đề xuất nhằm làm giảm nhẹ tác động đến gia tăng nhiệt độ đô thị như: (1) diện tích bề mặt xanh lớn khu vực xung quanh mát nhiệt độ ban đêm giảm, (2) thơng gió tốt nhiệt độ giảm, hiệu làm mát cao, (3) mặt nước mở lớn hiệu làm mát cao, (4) tích hợp ba nguyên tắc cách hiệu làm cho khả làm mát đô thị tăng cao LỜI CẢM TẠ Nghiên cứu tài trợ Care-Rescif thuộc Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM khuôn khổ đề tài mã số Tc-MTTN-2016-02 TÀI LIỆU THAM KHẢO Carlson, T., & Ripley, D., 1997 On the relation between NDVI, fractional vegetation cover and leaf area index, Remote sensing of Environment, 62: 241-252 EPA, 2012 The Encyclopedia of Earth Truy cập từ Heat Island: http://www.eoearth.org/view/article/153461/ Gillespie, A., Rokugawa, S., Hook, S., Matsunaga, T., & Kate, A (1999) Temperature / Emmisivity separation algorithm theoritical basis document, version 2.4 ATBD-AST-05-08 Prepared under NASA contract NAS5-31372 Gupta, R., 1991 Remote Sensing Geology Germany: Springer -Verlag Berlin Heidelberg Ho Tong Minh Dinh, Le Van Trung, Tran Thi Van, 2007 Surface Emissivity in Determining Land Surface Temperature, International Journal of Geoinformatics, 3(4): http://creativecity.gscc.osakacu.ac.jp/IJG/article/view/424 Jones P.D., Groisman P.Y., Coughlan M., Plummer N., Wang W.C., Karl T.R., 1990 Assessment of urbanization effects in time-series of surface airtemperature over land Nature, 347:169–72 Kalnay E, Cai M., 2003 Impact of urbanization and land-use change on climate, Nature, 423:528–31 Le Van Trung, Nguyen Thanh Minh, 2006 Mapping Land Surface Temperature (LST) from Satellite Imageries Case Study in Hochiminh City Proceedings of the International Symposium GIS-IDEAS 2006, 9-11 November 2006, Ho Chi Minh City, Vietnam, 93-99 Lo, C P., Quattrochi, A., D., & Luvall, J C., 1997 Application of high-resolution thermal infrared remote sensing and GIS to assess the urban heat Remote Sensing, 18: 287-304 Lougeay, Brazel, & A.& Hubble, M., 1996 Monitoring intraurban temperature patterns and associated land cover in Phoenix, Aizona using Landsat thermal data Geocarto International, 11(4): 79-90 Nguyễn Đức Hịa, 2010 Q trình thị hóa Sài Gịn - TPHCM từ năm 1860 đến năm 2008 tác động đến phát triển kinh tế xã hội thành phố Bên cạnh đó, giải pháp cho công tác quản lý môi trường cần quan tâm Môi trường nhiệt đô thị kết tác động tổng thể hoạt động sản xuất, sinh hoạt tạo nên chịu chi phối nhiều thành phần xã hội Để hạn chế nhiệt độ đô thị đặc biệt tránh tượng UHI, xét tổng thể nên có phối hợp chặt chẽ đại diện Nhà nước Chính phủ, nhà hoạch định sách, sở quy hoạch kiến trúc đô thị nhà môi trường, đại diện cho bên hoạt động sản xuất, kinh doanh tổ chức kinh tế nhà đầu tư, công ty xanh đại diện cho bên sinh hoạt cộng đồng, dân cư Mỗi bên có vai trị quan trọng cơng tác quản lý môi trường nhằm hạn chế tác động UHI cải thiện chất lượng môi trường đô thị KẾT LUẬN Ứng dụng viễn thám khảo sát đặc trưng môi trường nhiệt đô thị đảo nhiệt đô thị TPHCM cho thấy hình ảnh rõ ràng phân bố độ lớn mức độ chi tiết SUHI toàn vùng Nghiên cứu cho thấy hình thành UHI 19 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Tập 49, Phần A (2017): 11-20 Kỷ yếu hội thảo quốc tế Việt Nam học lần thứ ba Tiểu ban: Đô thị thị hóa, 310-327 Pham Van Cu and Hiroshi Watanabe, 2004 Use of Thermal Infrared Channels of Aster to Evaluate The Land Surface Temperature Changes of an Urban Area in Hanoi, Vietnam, Proceedings of the International Symposium GIS-IDEAS 2004, 85-90, Hanoi, Vietnam, 16-18 September, 2004 Tran H., Yasuoka Y., 2002 Monitoring Urban Surface from Space: Case Study of Hochiminh City and Surrounding Region, Proceedings of the International Symposium on Geoinformatics (GIS-IDEAS 2002), pp 1-7, Hanoi, Vietnam, 2528 September 2002 Trần Tấn Vinh, 2005 Vấn đề thị hóa phát triển bền vững TPHCM Đươ ̣c truy cập từ: http://www.hids.hochiminhcity.gov.vn/c/docume nt_library/get_file?uuid=4f09433f-fd12-478e8644-db722890e968&groupId=13025 Trần Thị Vân, 2006 Ứng dụng viễn thám nhiệt khảo sát đặc trưng nhiệt độ bề mặt đô thị với phân bố kiểu thảm phủ TPHCM Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ, đặc san Môi trường Tài nguyên, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, ISSN 1859-0128, tập 9: 70-74 Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan, & Lê Văn Trung, 2011 Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt đô thị tác động q trình thị hóa Thành Phố Hồ Chí Minh phương pháp viễn thám Tạp chí khoa học Trái đất, 33(3): 347-359 Valor, E., & Caselles, V., 1996 Mapping Land Surface Emissivity from NDVI: Application to European, African and South American Areas Remote Sensing of Environment, 57: 167-184 Van de Griend, A., & Owe, M., 1993 On the relationship between thermal emissivity and the normalized difference vegetation index for natural surfaces Int J Remote Sensing, 14(6): 1119-1131 Voogt, J A., & Oke, T R., 2003 Thermal remote sensing of urban climate Remote sensing of Enviroment, 86(3): 370-384 Weng, Q., Lu, D., & Schubring, J., 2004 Estimation of land surface temperature–vegetation abundance relationship for urban heat island studies Remote Sensing of Environment, 89: 467−483 Weng, Q., 2009 Thermal infrared remote sensing for urban climate and environmental studies: methods, applications, and trends ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,, 64 (4): 335-344 20 ... khơng có số đo nhiệt độ mặt đất song hành Khi thi? ??t kế cảm biến đo nhiệt độ mặt đất, chuyên gia thực nhiều kiểm chứng độ xác thi? ??t bị trước cho thi? ??t bị hoạt động thức Các nghiên cứu chứng minh... theo bước sóng λ (Wm-2μm-1) Để xác định LST thực, cần thi? ??t phải hiệu chỉnh khí biết độ phát xạ lớp phủ đất (LSE – Land Surface Emissivity) Do thi? ??u số đo khí vào thời gian thu chụp ảnh, nên bước... nhiệt độ cao xuất nơi bao phủ vật liệu xây dựng, bê tông hóa, đường giao thơng nơi thi? ??u mật độ xanh, bóng mát, thi? ??u mặt nước hoạt động người Do đó, số nguyên tắc đề xuất nhằm làm giảm nhẹ tác