Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ không khí thành phố hà nội do ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa với sự trợ giúp của viễn thám và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Quỳnh NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHƠNG KHÍ THÀNH PHỐ HÀ NỘI DO ẢNH HƢỞNG CỦA Q TRÌNH ĐƠ THỊ HÓA VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Quỳnh NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ THÀNH PHỐ HÀ NỘI DO ẢNH HƢỞNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐƠ THỊ HĨA VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA VIỄN THÁM VÀ GIS Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trƣờng Mã số: 60 85 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô khoa Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Các thầy cô không trang bị cho em kiến thức chuyên ngành Quản lý tài nguyên môi trƣờng quý báu mà tạo điều kiện bảo tận tình giúp em hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch – ngƣời thầy trực tiếp hƣớng dẫn, động viên khuyến khích em thời gian học cao học khoa Địa lý hoàn thành luận văn Cảm ơn động viên thầy cô, ủng hộ gia đình bạn bè Khoa giúp đỡ em học tập thực báo cáo Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Ngọc Quỳnh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn đƣợc ghi rõ nguồn gốc Kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình trƣớc Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Quỳnh MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU .7 CHƢƠNG TỔNG QUAN, CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ VÀ Q TRÌNH ĐƠ THỊ HĨA 13 1.1 Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ khơng khí q trình thị hóa 13 1.1.1.Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ khơng khí 13 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu thị hóa 24 1.2 Cơ sở lý luận nhiệt độ khơng khí q trình thị hóa 35 1.2.1 Đảo nhiệt đô thị yếu tố ảnh hƣởng 35 1.2.2 Vai trị yếu tố thị hóa hiệu ứng đảo nhiệt đô thị 41 CHƢƠNG KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Khái quát khu vực nghiên cứu 44 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 44 2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 47 2.1.3 Tình hình phát triển đô thị thành phố Hà Nội cũ 48 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 50 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập số liệu 50 2.2.2 Phƣơng pháp khảo sát điều tra thực địa 51 2.2.3 Phƣơng pháp xử lý ảnh viễn thám 51 2.2.4 Phƣơng pháp phân tích hồi quy 59 2.2.5 Phƣơng pháp tính số cƣờng độ đảo nhiệt đô thị (UHI Index) 60 2.3 Sơ đồ bƣớc nghiên cứu 61 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 62 3.1 Bản đồ nhiệt độ bề mặt, đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội 62 3.1.1 Xây dựng đồ nhiệt độ bề mặt thành phố Hà Nội 62 3.1.2 Xây dựng đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội 70 3.2 Biến động đô thị thành phố Hà Nội q trình thị hóa giai đoạn 2003 - 2017 77 3.2.1 Biến động trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 2009 78 3.2.2.Biến động trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2009 2017 81 3.2.3 Biến động trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 2017 83 3.2.4 Biến động thị diện tích 84 3.3 Phân tích thay đổi nhiệt độ với biến động trạng lớp phủ mặt đất 85 3.3.1 Thành lập đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội cũ 85 3.3.2 Mối quan hệ thị hóa hiệu ứng đảo nhiệt 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 98 DANH MỤC VIẾT TẮT STT Viết tắt Giải thích EPA Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ ERTS Kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái Đất GRDP Tổng sản phẩm địa phƣơng LST Nhiệt độ bề mặt UHI Đảo nhiệt đô thị SRI Chỉ số phản chiếu vật liệu LPMĐ Lớp phủ mặt đất DANH MỤC HÌNH Hình 1 Phân bố phổ lượng điện từ phát xạ từ vật đen nhiệt độ khác 20 Hình Đảo nhiệt thị thành phố Nhật Bản 36 Hình Biểu đồ nhiệt độ khu vực đô thị 37 Hình Các loại hình đảo nhiệt thị 40 Hình Vị trí khu vực nghiên cứu 44 Hình 2 Sơ đồ phân loại ảnh dựa đối tượng ảnh 57 Hình Sơ đồ bước thực luận văn 61 Hình Kết ảnh nhiệt độ bề mặt thành phố Hà Nội …………………….63 Hình Bản đồ nhiệt độ thành phố Hà Nội cũ năm 2003 65 Hình 3 Bản đồ nhiệt độ thành phố Hà Nội cũ năm 2009 66 Hình Bản đồ nhiệt độ thành phố Hà Nội cũ năm 2017 67 Hình Sơ đồ vị trí điểm đo nhiệt độ Hà Nội ngày 5/6/2017 68 Hình Biểu đồ quan hệ LST_Đo đạc – LST_Trên ảnh Landsat 70 Hình (a)- phân mảnh ảnh Landsat-8 (4/6/2017); (b)- phân mảnh ảnh Landsat-5 (5/11/2009); (c)- phân mảnh ảnh Landsat-7 (5/5/2003) 71 Hình Kết phân loại lớp phủ mặt đất khu vực thành phố Hà Nội 74 Hình Sơ đồ bước phân tích biến động LPMĐ giai đoạn 2003-2017 78 Hình 10 Biểu đồ thể diện tích loại lớp phủ năm 2003 2009 78 Hình 11 Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 5/5/2003 79 Hình 12 Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 5/11/2009 80 Hình 13 Biểu đồ thể diện tích loại lớp phủ năm 2009 2017 81 Hình 14 Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 4/06/2017 82 Hình 15 Biểu đồ thể diện tích loại lớp phủ năm 2003 2017 83 Hình 16 Biểu đồ tăng trưởng diện tích khơng gian thị giai đoạn 20032017 84 Hình 17 Bản đồ đảo nhiệt thị thành phố Hà Nội ngày 5/5/2003 86 Hình 18 Bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội ngày 5/11/2009 87 Hình 19 Bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội ngày 4/6/2017 88 Hình 20 Biểu đồ LST trung bình LPMĐ năm 5/5/2003 89 Hình 21 Biểu đồ LST trung bình LPMĐ năm 5/11/2009 90 Hình 22 Biểu đồ LST trung bình LPMĐ năm 4/6/2017 90 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Dải phổ cảm biến Landsat 15 Bảng Đặc điểm dải phổ điện từ sử dụng kỹ thuật viễn thám 17 Bảng Bảng so sánh hai dạng tượng đảo nhiệt 38 Bảng Bảng thu thập liệu ảnh viễn thám 50 Bảng 2 Giá trị ML AL ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat 54 Bảng Giá trị K1 K2 ảnh hồng nhiệt Landsat 54 Bảng Hệ thống giải thành phố Hà Nội 72 Bảng Kết ma trận sai lẫn năm 2003 .75 Bảng 3 Kết ma trận sai lẫn năm 2009 .76 Bảng Kết ma trận sai lẫn năm 2017 .76 Bảng Ma trận biến động sử dụng đất năm 2003 2009 .81 Bảng Ma trận biến động sử dụng đất năm 2009 2017 .83 Bảng Ma trận biến động sử dụng đất năm 2003 2017 .84 Giá trị độ phát xạ thực vật đất chủng đƣợc sử dụng báo cáo áp dụng theo nghiên cứu thực nghiệm có, chƣa có giá trị xác khu vực thành phố Hà Nội Đề xuất cần thành lập trạm quan trắc nhiệt độ khu vực để giảm sai số thực tế tính giá trị nhiệt độ bề mặt Cần mở rộng vấn đề nghiên cứu khu vực địa bàn thành phố, không giúp nhà hoạch định đánh giá tình hình phát triển thị khu vực mà đánh giá phát triển tƣơng lai để phát triển đô thị bền vững, giảm thiểu vấn đề biến đổi khí hậu Các nhà quy hoạch cần đƣa sách quy hoạch phát triển thành phố xanh để giảm thiểu hoạt động nhân tố gây “nóng” cho thị Bên cạnh đó, hành lang xanh thị cần đƣợc mở rộng để giúp cho đô thị đƣợc hạ nhiệt, đặc biệt vào mùa nóng 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO A.Tài liệu Tiếng Việt Đàm Trung Phƣờng (1995a), Đơ thị Việt Nam tập 1, (thuộc Chƣơng trình KC.11 Bộ Xây dựng), NXB Xây dựng, Hà Nội Đàm Trung Phƣờng (1995b), Đô thị Việt Nam tập 2, (thuộc Chƣơng trình KC.11 Bộ Xây dựng), NXB Xây dựng, Hà Nội Dƣ Vũ Việt Quân, Phạm Văn Mạnh, Nguyễn Cao Huần, (2016), So sánh số thuật toán phân loại lớp phủ mặt đất khu vực Quảng Ngãi với tiếp cận pixel based object based https://vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%A0_N%E1%BB Huỳnh Văn Chƣơng, Nguyễn Đức Vinh, Phạm Gia Tùng (2014), Ứng dụng GIS viễn thám để nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt biến động sử dụng đất Thành phố Huế giai đoạn 2000 đến 2014, Kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS tồn quốc 2014 Lê Đình Quang, 2005: Sự hình thành đảo nhiệt nội thành thành phố Hà Nội Tạp chí Khí tƣợng Thủy văn, 530, trang 44 - 46 Lê Vân Anh, Trần Anh Tuấn (2013), Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt sử dụng phƣơng pháp tính tốn độ phát xạ từ số thực vật Nguyễn Trần Cầu nnk (2002), “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để thành lập sử dụng đồ chuyên đề nghiên cứu địa lý môi trƣờng”, Đề tài 74 05 02 Danh mục tóm tắt Nội dung kết đề tài nghiên cứu bản, chuyên ngành khoa học Trái Đất, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Cự (1996), Xây dựng đồ địa mạo vùng đồng sở phối hợp hệ xử lí ảnh số hệ thơng tin địa lí, Luận án Phó Tiến sĩ khoa học Địa lí – Địa chất, Viện Địa chất, TT KHTN CNQG, Hà Nội 10 Tổng cục thống kê 2017 11 Trần Thị Vân (2010), Nghiên cứu biến đổi nhiệt độ đô thị dƣới tác động q trình thị hóa phƣơng pháp viễn thám GIS, trƣờng hợp thành phố Hồ Chí Minh 95 12 Trần Thị Vân (2011), Ứng dụng viễn thám gis giám sát thị hóa thành phố Hồ Chí Minh thể qua mặt khơng thấm, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, tập 14, Số M1-2011 13 Tran Thi Van (2014) Monitoring Urban Heat Island in Vietnam with Remote Sensing International Workshop on Air Quality in Asia, Hanoi, Vietnam,June 24 – 26th, 2014 14 Trần Thị Vân, Hà Dƣơng Xuân Bảo, Đinh Thị Kim Phƣợng, Nguyễn Thị Tuyết Mai Đặng Thị Mai Nhung,(2016), Tạp chí Khoa học trƣờng Đại học Cần Thơ, Tập 49, Phần A (2017) : 11-20 15 Trịnh Lê Hùng (2013), Nghiên cứu phân bố nhiệt độ bề mặt liệu ảnh đa phổ Landsat 16 Võ Kim Cƣơng (2004), Quản lý đô thị thời kỳ chuyển đổi, NXB Xây dựng, Hà Nội B.Tài liệu nƣớc 17 Agency, EPA - The United States Environmental Protection (2008), "Reducing urban heat islands: Compendium of stragergies urband heat islands basic," p 15 18 Dash, P., Göttsche, F.-M., Olesen, F.-S., Fischer, H (2002), Land surface temperature and emissivity estimation from passive sensor data: theory and practice-current trends, International Journal of Remote Sensing, Vol 23, pp 2563-2594 19 https://www.notre-planete.info/terre/climatologie_meteo/ilot-chaleururbain.php 20 Hulley, G.C., Hook, S.J., & Baldridge, A.M (2008) ASTER Land Surface Emissivity Database of California and Nevada Geophysical Research Letters, Volume 35, L13401 21 Le Anh Quan (2013), Assessment of surface temperature change in relation to the land cover change using remote sensing and gis: A case study of HaNoi, VietNam 96 22 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, pp 93-99, Ho Chi Minh City, Vietnam, 9-11 November 2006 23 Li, Z.L., Becker, F., Stall, M.P and Want, Z (1999), Evaluation of Six Methods for Extracting Relative Emissivity Spectra from Thermal Infrared Images, Remote Sensing of Environment, Vol 69, pp 197-214 24 Luke Howard, 1833: The climate of London International association for urban climate (IAUC), 285p 25 Oke T.R., 1979: Technical note No 169: Review of urban climatology World meteorological organization, Geneva, Switzerland, 43p 26 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 27 Steward( 2011), A systematic review and scientific critique of methodology in modern urban heat island literature 28 The Green City - The causes and effects of the Urban heat island Effect