STT Lớp phủ
mặt đất Mẫu khóa ảnh 2003 Mẫu khóa ảnh 2009 Mẫu khóa ảnh 2017
1 Khu Đô thị - dày đặc 2 Khu Đô thị - với cây xanh 3 Mặt nƣớc 4 Đất nông nghiệp 5 Rừng trồng
3.1.2.3. Kết quả phân loại lớp phủ mặt đất
a)- Landsat-7 chụp ngày 5/5/2003 b)- Kết quả LPMĐ năm 2003
e)- Landsat-8 chụp ngày 4/6/2017 f)- Kết quả LPMĐ năm 2017
Hình 3. 8. Kết quả phân loại lớp phủ mặt đất khu vực thành phố Hà Nội
3.1.2.4. Đánh giá độ chính xác sau phân loại
Các tài liệu tham khảo thể hiện các đối tƣợng thực tế trên mặt đất. So sánh kết quả phân loại với tài liệu tham khảo sẽ cho biết độ chính xác của q trình phân loại từ đó giúp ngƣời phân loại lựa chọn tiến hành phân loại lại hay kết thúc việc phân loại. Thông thƣờng, ngƣời ta tiến hành so sánh trên cơ sở đánh giá ma trận sai lẫn phân loại và hệ số Kappa.
Ma trận sai lẫn phân loại
Ma trận sai lẫn phân loại hay còn đƣợc gọi là ma trận nhầm lẫn hoặc bảng ngẫu nhiên là một trong những cách so sánh tiêu biểu. Ma trận này là một ma trận vuông với chiều bằng số lớp đƣợc phân loại và kiểm tra. Các cột biểu thị các lớp phân loại đã biết từ tƣ liệu tham khảo còn các dòng biểu thị các lớp phân loại từ quá trình phân loại đa phổ.
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Nguồn: UGSGS
Mỗi một phần tử của ma trận biểu thị số lƣợng pixel thuộc lớp phân loại theo quá trình phân loại nếu xét trên dòng và theo tƣ liệu tham khảo nếu xét trên cột.
Để đánh giá độ chính xác phân loại ngƣời ta thƣờng dùng 2 tỉ số:
- Tỉ số giữa số pixel phân loại đúng của một lớp với tổng số pixel của lớp đó trong kết quả phân loại đƣợc gọi là độ chính xác ngƣời sử dụng (user's accuracy). Bởi ngƣời sử dụng thƣờng quan tâm tới độ tin cậy tức xác suất của pixel thuộc về lớp mà nó đƣợc phân loại.
- Tỉ số giữa số pixel phân loại đúng của một lớp với tổng số pixel thực tế của lớp đó đƣợc gọi là độ chính xác ngƣời phân loại (producer's accuracy). Bởi ngƣời phân loại thƣờng quan tâm tới độ chính xác của lớp so với thực tế.
Kết quả ma trận sai lẫn của các thời kỳ đƣợc thể hiện qua các phần sau đây:
a) Kết quả đánh giá độ chính xác mẫu và độ chính xác sau phân loại năm 2003 Bảng 3. 2. Kết quả ma trận sai lẫn năm 2003
Classified Class Rung trong Do thi day dac Nong nghiep Nuoc Do thi thua Total (User)
Rung trong 21 0 0 0 0 21
Do thi day dac 0 30 0 0 0 30
Nong nghiep 0 0 76 1 8 85
Nuoc 0 0 0 18 0 18
Do thi thua 0 6 1 0 41 48
b) Kết quả đánh giá độ chính xác mẫu và độ chính xác sau phân loại năm 2009 Bảng 3. 3. Kết quả ma trận sai lẫn năm 2009
Classified Class Rung trong Do thi day dac Nong nghiep Nuoc Do thi thua Total (User)
Rung trong 22 0 0 0 0 22
Do thi day dac 0 39 0 0 2 41
Nong nghiep 0 0 79 1 8 88
Nuoc 0 0 0 21 0 21
Do thi thua 0 4 1 0 45 50
Total (Producers) 22 43 80 22 55 222
c) Kết quả đánh giá độ chính xác mẫu và độ chính xác sau phân loại năm 2017 Bảng 3. 4. Kết quả ma trận sai lẫn năm 2017
Classified Class Rung trong Do thi day dac Nong nghiep Nuoc Do thi thua Total (User)
Rung trong 25 0 0 0 0 25
Do thi day dac 0 39 0 9 0 48
Nong nghiep 0 0 87 7 1 95
Nuoc 0 4 1 58 0 63
Do thi thua 0 0 0 0 23 23
Từ các Bảng 3.3, Bảng 3.4 và Bảng 3.5 cho thấy kết quả phân loại khá tốt, độ chính xác tồn cục và hệ số Kappa của 3 năm đều đạt xấp xỉ 90%. Với độ chính xác này, kết quả chiết xuất lớp phủ mặt đấtcủa nghiên cứu này đủ tin cậy cho việc thành lập bản đồ phân bố khơng gian đơ thị nói chung.
3.2. Biến động đơ thị thành phố Hà Nội trong q trình đơ thị hóa giai đoạn 2003 - 2017 - 2017
Trên cơ sở sử dụng dữ liệu ảnh Landsat, bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Hà Nội cũ đã đƣợc thành lập và sử dụng để đánh giá biến động qua 3 thời điểm: 2003, 2009 và 2017.
Đơ thị hóa gắn liền với tăng trƣởng đơ thị. Tăng trƣởng đơ thị đƣợc tính trên cơ sở sự gia tăng của đơ thị về kích thƣớc ban đầu của đơ thị theo diện tích và mật độ dân số. Đối với mỗi thành phố xác định, tốc độ đơ thị hóa cũng chính là tốc độ tăng trƣởng đơ thị. Để có thể đi đến phân tích, đánh giá sự tăng trƣởng, kỹ thuật viễn thám và GIS sẽ hỗ trợ theo dõi biến động nhiều năm trên tập dữ liệu số, đƣợc trình bày dƣới đây.
Hình 3. 9. Sơ đồ các bước phân tích biến động LPMĐ giai đoạn 2003-2017
3.2.1. Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 và 2009
Diện tích lớp phủ mặt đất đƣợc tổng hợp và thể hiện ở biểu đồ dƣới đây:
Hình 3. 10. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại lớp phủ năm 2003 và 2009
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 11. Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 5/5/2003
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 12. Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 5/11/2009
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Bảng 3. 5. Ma trận biến động sử dụng đất năm 2003 và 2009 (Đơn vị: ha) (Đơn vị: ha) 2009 2003 Mặt nƣớc Đất đô thị dày đặc Đất đô thị
với cây xanh Rừng trồng Đất nông nghiệp
Mặt nƣớc 6400 - - - 23.31 Đất đô thị dày đặc - 10200 - - - Đất đô thị với cây xanh - 1300 15700 - - Rừng trồng - - 10.35 2900 - Đất nông nghiệp 1400 400 2400 - 51900
3.2.2.Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2009 và 2017
Hình 3. 13. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại lớp phủ năm 2009 và 2017
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 14. Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội cũ ngày 4/06/2017
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Bảng 3. 6. Ma trận biến động sử dụng đất năm 2009 và 2017 (Đơn vị: ha) (Đơn vị: ha) 2017 2009 Mặt nƣớc Đất đô thị dày đặc Đất đô thị
với cây xanh Rừng trồng Đất nông nghiệp
Mặt nƣớc 7300 37.08 - - 459.89 Đất đô thị dày đặc - 12000 - - - Đất đô thị với cây xanh - 1900 16300 - - Rừng trồng 5.58 - - 2900 - Đất nông nghiệp 30.69 137.61 2644.29 58.86 49099.68
3.2.3. Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 và 2017
Hình 3. 15. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại lớp phủ năm 2003 và 2017
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Bảng 3. 7. Ma trận biến động sử dụng đất năm 2003 và 2017 (Đơn vị: ha) (Đơn vị: ha) 2017 2003 Mặt nƣớc Đất đô thị dày đặc Đất đô thị
với cây xanh Rừng trồng Đất nông nghiệp
Mặt nƣớc 6199.64 37.08 - - 179.37 Đất đô thị dày đặc - 10295.37 - - - Đất đô thị với cây xanh - 3078.63 13929.57 - - Rừng trồng 5.58 - 10.35 2928.69 - Đất nông nghiệp 1135.26 726.3 5002.02 5886 49380.21
3.2.4. Biến động đơ thị về diện tích
Tăng trƣởng diện tích khơng gian đơ thị theo thời gian có độ dốc dƣơng nhƣ trên Hình 3.9 với các đoạn tăng trƣởng khác nhau theo chu kỳ của ảnh vệ tinh quan sát đƣợc. Trong đó giai đoạn 2003-2009 diện tích Đất đơ thị với cây xanh có diện tích tăng 1183 (ha); giai đoạn 2009-2017 tăng 752 (ha) và diện tích Đất đô thị dày đặc giai đoạn 2003-2009 tăng 1784 (ha); giai đoạn 2009-2017 tăng 2071 (ha). Chứng tỏ giai đoạn này có sự bùng nổ đơ thị hóa đáng kể về mặt tăng trƣởng diện tích đất xây dựng.
Hình 3. 16. Biểu đồ tăng trưởng diện tích khơng gian đơ thị giai đoạn 2003-2017
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
3.3. Phân tích sự thay đổi nhiệt độ với biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất
3.3.1. Thành lập bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội cũ
Trong q trình tính tốn, ƣớc lƣợng sự biến thiên về không gian của các UHI trên thành phố Hà Nội cho thấy có 3 mức độ cƣờng độ:
Phân bậc mức độ UHI
Mức độ Giới hạn Ý nghĩa
Thấp < 0 Chủ yếu là thảm thực vật và mặt nƣớc. Trung bình 0 – 0.15 Khu vực đang đảo nhiệt đơ thị.
Hình 3. 17. Bản đồ đảo nhiệt đơ thị thành phố Hà Nội ngày 5/5/2003
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 18. Bản đồ đảo nhiệt đơ thị thành phố Hà Nội ngày 5/11/2009
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 19. Bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội ngày 4/6/2017
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Thơng qua hình (3.17; 3.18; 3.19), ta có thể thấy sự đảo nhiệt đô thị qua các năm đƣợc thể hiện không đồng đều. Nguyên nhân là do hình ảnh Landsat tải về có sự khác biệt về thời gian (không cùng thời điểm) nên sự so sánh hiện tƣợng UHI qua các năm chƣa thể đúng đƣợc hồn tồn, chỉ mang tính chất tƣơng đối. Tuy nhiên, dựa vào hình (3.19), ta có thể đánh giá tình trạng UHI tại thành phố Hà Nội cũ nhƣ sau:
Phần lớn diện tích có mức độ UHI thấp chủ yếu thƣờng tập trung tại thảm thực vật tại phía Bắc của huyện Sóc Sơn, phía Tây của huyện Đơng Anh, phía Bắc của huyện Từ Liêm, phía Bắc của huyện Gia Lâm và phía Tây Nam của huyện Thanh Trì. Ngồi ra các khu vực này diện tích mặt nƣớc tƣơng đối cịn nhiều.
Khu vực đang có hiện tƣợng UHI chủ yếu tập trung tại khu vực nội thị thành phố Hà Nội và các khu vực dân cƣ tập trung xung quanh tại tuyến đƣờng thuộc các quận nội thành, quốc lộ 32 và quốc lộ 1A. Khu dân cƣ tại khu vực dọc theo quốc lộ 1A, 32 đặc biệt là các khu công nghiệp và khu đất trống tại đây đã làm cho khu vực có hiện tƣợng UHI cao nhanh chóng.
3.3.2. Mối quan hệ giữa đơ thị hóa và hiệu ứng đảo nhiệt
Dựa trên các kết quả thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt và phân loại lớp phủ mặt đất, ta có thể đƣa ra mối quan hệ giữa yếu tố đơ thị hóa và hiệu ứng đảo nhiệt đơ thị nhƣ hình sau:
Hình 3. 20. Biểu đồ LST trung bình các LPMĐ năm 5/5/2003
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Hình 3. 21. Biểu đồ LST trung bình các LPMĐ năm 5/11/2009
Hình 3. 22. Biểu đồ LST trung bình các LPMĐ năm 4/6/2017
Qua hình (3.20), hình (3.21) và hình (3.22), nhận thấy xu hƣớng LST tăng cao khi tại đó là đất đơ thị và đất xây dựng tại các đô thị. Nhiệt độ ở các đô thị với cây xanh có nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ tại các đô thị dầy đặc. Điều này chứng tỏ LST tỉ lệ thuận với các cơng trình xây dựng tại đơ thị và phần đất trống khi chƣa đem vào sử dụng. Mặt khác, LST lại có xu hƣớng giảm, nhiệt độ thấp hơn hẳn trong nhóm phân loại khi tại đó là nƣớc và thực vật. LST tăng dần khi yếu tố tự nhiên (thực vật, nƣớc) giảm dần, LST thấp nhất ở mặt nƣớc sau đó đến mật độ cây xanh bao phủ rộng, dày – rừng trồng, kế đến là cây xanh có mật độ thống hơn – nông nghiệp, đô thị
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch
thể thấy, nhóm yếu tố tự nhiên (thực vật, nƣớc) có khả năng làm giảm nhiệt độ đơ thị, các yếu tố này đối với sự phát triển đô thị là rất cần thiết, đặc biệt là vào mùa nóng mức độ phát nhiệt tăng cao.
Có thể thấy tác động của q trình đơ thị hóa đã ảnh hƣởng đến phần nào các thành phần trong khu vực, đặc biệt là các cơ sở hạ tầng phát triển theo quy hoạch đã làm cho LST tăng cao, gây nóng cho khu vực nội thị. Khơng chỉ vậy, phần diện tích cây xanh và mặt nƣớc cũng đã dần thu hẹp do quá trình quy hoạch phát triển thành phố, vì vậy các yếu tố mang khả năng hấp thụ nhiệt cũng sẽ giảm. Bƣớc tiến cùng sự phát triển kinh tế - xã hội, cơng nghiệp hóa hiện đại hóa việc thành phố Hà Nội trở thành UHI đƣợc thể hiện quá rõ ràng, do đó cần phải có những biện pháp giảm thiểu để tránh tình trạng diện tích UHI ngày càng gia tăng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Qua nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ khơng khí thành phố Hà Nội do ảnh hưởng của q trình đơ thị hóa với sự trợ giúp của viễn thám và GIS”, học viên đƣa ra một số kết luận sau:
UHI là một hiện tƣợng hầu hết các quốc gia phát triển và đang phát triển hiện nay đều có xu hƣớng diễn ra, vì vậy việc sử dụng cơng nghệ viễn thám hiện nay nhằm xác định sự phát triển của UHI trong thành phố và đánh giá mức độ tác động của nó đến khu vực đơ thị là rất cần thiết, địi hỏi các quốc gia cần tiến hành áp dụng một cách nhanh chóng để định hƣớng phát triển quy hoạch trong tƣơng lai.
Việc sử dụng tƣ liệu viễn thám áp dụng trong tính tốn nhiệt độ bề mặt tƣơng đối thành phố Hà Nội đơn giản và nhanh chóng, mức độ chi tiết của kết quả đƣợc thể hiện trên toàn vùng,trong khi phƣơng pháp đo đạc truyền thống từ các trạm quan trắc khí tƣợng là số đo tại nhiều điểm. Qua nghiên cứu, kết quả mối tƣơng quan giữa nhiệt độ bề mặt tỉ lệ thuận với sự phát triển của đơ thị hóa thành phố Hà Nội, việc thành lập bản đồ đảo nhiệt đô thị tại thành phố Hà Nội giúp rút ngắn thời gian, giúp các nhà hoạch định quy hoạch có cái nhìn trực quan hơn về vấn đề hiện nay tại khu vực thành phố để có thể đƣa ra các chính sách quy hoạch phát triển đô thị bền vững, giảm thiểu hiện tƣợng biến đổi khí hậu hiện nay.
Trong nghiên cứu, hiện tƣợng UHI có tác động tập trung và rõ ràng thấy ở các khu đơ thị tại Hà Nội qua kết quả tính LST, qua phân tích biến động sử dụng đất Hà Nội giai đoạn 2003 – 2017, cho thấy sự suy giảm nhanh chóng của thảm thực vật và sự thay đổi mục đích sử dụng đất nhiệt độ cao xuất hiện ở những nơi đƣợc bao phủ vật liệu xây dựng, bê tơng hóa, đƣờng giao thơng và những nơi thiếu mật độ cây xanh, bóng mát, thiếu mặt nƣớc và các hoạt động của con ngƣời, thành phố Hà Nội là nơi tập trung nhiều khu dân cƣ cao tầng nên mọi hoạt động giao thơng – vận tải, sinh hoạt có sức phát thải lớn.
2. Kiến nghị
Hiện tƣợng UHI là hiện tƣợng tích cực, qua nghiên cứu UHI phần nào minh chứng cho sự phát triển kinh tế - xã hội ở Hà Nội, bên cạnh đó cũng gây ảnh hƣởng
tiêu cực tới môi trƣờng và cuộc sống con ngƣời theo nhiều cách khác nhau. Thành phố Hà Nội là một đô thị lớn, sôi động, là trung tâm kinh tế - văn hóa – xã hội của cả nƣớc, bởi vậy sự phát triển không ngừng nghỉ và việc khai thác tài nguyên , phát triển đơ thị hóa cũng nhƣ gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng là không thể tránh khỏi. Chúng ta chỉ có thể tìm cách giảm thiểu các ảnh hƣởng tiêu cực do UHI gây ra, học viên xin đƣa ra