(Lawrence Berkeley National Laboratory (2000))
Đảo nhiệt đô thị là hiện tƣợng đƣợc hình thành khi trong cùng một thời gian, nhiệt độ trong thành phố lớn hơn nhiệt độ khu vực ngoại thành xung quanh (Voogt và Oke , 2003), đây là các dạng thay đổi khí hậu địa phƣơng do tác động của con ngƣời. Yếu tố đầu tiên đóng góp vào việc hình thành UHI là sự suy giảm lớp phủ thực vật và thay thế bề mặt đất bằng các vật liệu không thấm khiến
26
cho lƣợng nƣớc đi vào khí quyển ít hơn là từ bề mặt tự nhiên [12]. Các MKT tập trung thu nhận bức xạ Mặt Trời ở bề mặt và có thể cực tiểu hóa chuyển tải năng lƣợng đó đi hƣớng lên (qua sự phản xạ và đối lƣu), đi xuống (qua sự truyền dẫn) hoặc đi ngang (qua sự bình lƣu và truyền dẫn). Mặt cắt đứng của một UHI điển hình đƣợc minh họa trên hình 1.6. Thƣờng thì ở các khu trung tâm thƣơng mại sầm uất sẽ có đỉnh nhiệt độ cao nhất, do những nơi này mật độ nhà cửa dày đặc, thiếu cây xanh cùng các hoạt động liên tục của giao thông và nhiệt thải từ các tòa nhà. Đỉnh này rơi xuống có hƣớng tiến về phía nông thôn ngoại thành, nơi còn những cánh đồng canh tác nông nghiệp với mật độ cây xanh cao.
Nhiều yếu tố gây nên sự khác biệt nhiệt độ giữa các khu đô thị và nông thôn, bắt nguồn từ các thay đổi trong các đặc tính nhiệt và bức xạ của các vật liệu bề mặt đến các thay đổi của địa hình.
Đặc tính nhiệt của các vật liệu bề mặt: Các vật liệu dùng để xây dựng các cấu trúc đô thị và phủ các bề mặt đất đô thị thƣờng có đặc tính nhiệt thay đổi đáng kể so với các vật liệu tự nhiên ở nông thôn. Hiệu ứng của các sự khác biệt
này thể hiện trên hình. Phản hồi nhiệt lớn của đá và đất khô tƣơng tự nhƣ của các vật liệu đô thị. Đất ẩm và thực vật thì lại phản ứng với sự đốt nhiệt bức xạ ở
mức trung bình. Các vật liệu kim loại phản ứng rất nhỏ do khả năng phản xạ và độ dẫn nhiệt khá cao. Một trong những đặc tính nhiệt rất quan trọng trong việc gây nên UHI là độ truyền dẫn nhiệt hay quán tính nhiệt của vật liệu bề mặt. Độ truyền dẫn đóng vai trò trong việc xác định số lƣợng thông lƣợng nhiệt qua một
chất của mặt cắt nhiệt độ cho trƣớc. Dao động nhiệt độ ngày đêm trên hình phụ thuộc vào độ truyền dẫn nhiệt của vật liệu bề mặt. Nói chung, sự thay đổi nhiệt độ phụ thuộc nghịch đảo vào độ truyền dẫn nhiệt. Các vật liệu với độ truyền dẫn
nhiệt thấp nhƣ của các khu đô thị có dao động nhiệt độ lớn hơn các vật liệu với độ truyền dẫn nhiệt cao nhƣ của đất ẩm và thực vật nhờ sự hiện diện của độ ẩm bên trong và do độ truyền dẫn nhiệt phụ thuộc vào khả năng bốc thoát hơi nƣớc.
27
(Jensen J.R., (2000))
Hình 1. 7 : Thay đổi nhiệt độ bức xạ của các vật liệu bề mặt khác nhau trong chu kỳ ngày đêm
Khả năng bốc thoát hơi nƣớc: Các khu đô thị bị thay thế các bề mặt tự nhiên bằng các bề mặt nhân tạo thiếu thực vật cây xanh, điều này làm giảm khả năng thoát hơi nƣớc và là một nguồn mất mát nhiệt ẩn tƣơng đối so với các khu nông thôn.
Việc sử dụng cƣờng độ các MKT và các hệ thống tiêu thoát nƣớc tác động đến sự vận chuyển nƣớc bề mặt nhanh chóng từ khu đô thị, làm giảm sự mất mát nhiệt ẩn qua sự bốc hơi. Khả năng bốc thoát hơi nƣớc đóng vai trò lớn trong cân bằng năng lƣợng ở nông thôn do đặc tính nhiệt tiềm ẩn cao của nƣớc [7]
Hiệu ứng hẻm núi: Do địa hình giống hẻm núi (canyon) của các khu đô thị, đặc biệt các khu trung tâm, bức xạ sóng ngắn đƣợc hấp thụ hiệu quả hơn trong các khu đô thị so với trong các vùng nông thôn. Địa hình hẻm núi dẫn đến làm tăng các bề mặt hấp thụ hoạt động và cho phép phản xạ đa hƣớng bức xạ Mặt Trời, khiến cho bức xạ sóng ngắn dễ dàng đƣợc hấp thụ hơn là trong các vùng nông thôn. Tính chất hình học phức tạp của khu đô thị cho phép hấp thụ tốt hơn ánh sáng Mặt Trời suốt thời kỳ chiếu sáng. Vì vậy, hiệu ứng hẻm núi làm yếu albedo tổng của toàn bộ khu đô thị không phụ thuộc vào albedo riêng phần của các vật liệu bề mặt [7]
Tầm nhìn giảm: Tính chất hình học của hẻm núi cũng làm giảm hiệu quả với cái mà khu đô thị có thể bức xạ sóng dài vào trong khí quyển và không gian.
28
Các bề mặt phức tạp cho phép hấp thụ lại bức xạ sóng dài, hạn chế sự mất mát nhiệt qua việc làm lạnh bức xạ.
Độ nhám bề mặt tăng: Các khu đô thị có độ nhám bề mặt tăng (do độ cao công trình xây dựng đa dạng) làm chậm gió thổi ở lớp bề mặt. Điều này hạn chế sự mất mát nhiệt hiện từ bề mặt đô thị qua quá trình đối lƣu khí quyển.
Ô nhiễm: Khí quyển các khu đô thị có mức độ ô nhiễm cao hơn là của các khu nông thôn xung quanh. Ô nhiễm, đặc biệt các sol khí, có thể tạo ra hiệu ứng nhà kính giả, hấp thụ và bức xạ lại sóng dài và hạn chế việc làm lạnh bề mặt phát xạ.
Sự phát sinh nhiệt do hoạt động nhân sinh: Các khu đô thị sản xuất nhiều nhiệt hơn từ các hoạt động nhân sinh so với các vùng nông thôn, do mật độ dân số cao hơn. Các nguồn hoạt động nhân sinh bao gồm ô-tô, xe máy, thiết bị xây dựng, máy điều hòa và mất mát nhiệt từ các tòa nhà cao tầng [7]
29
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Khu vực nghiên cứu
Hình 2. 1: Vị trí khu vực nghiên cứu