Đặc tính Đảo nhiệt bề mặt Đảo nhiệt khơng khí
Sự tăng nhiệt độ
- Diễn ra cả ngày và đêm. - Tăng mạnh vào ban ngày và mùa hè.
- Ít xảy ra vào ban ngày.
- Tăng mạnh vào ban đêm, trƣớc bình minh và mùa đơng. Mật độ đỉnh điểm Biến thiên theo thời gian
và khơng gian. Ít biến thiên. Phƣơng pháp xác
định phổ biến
Đo đạc gián tiếp bằng công cụ viễn thám.
Đo đạc trực tiếp (ví dụ: trạm đo thời tiết cố định).
Phƣơng tiện mô tả
thông dụng Ảnh nhiệt
- Bản đồ đƣờng đẳng nhiệt - Đồ thị nhiệt độ.
(Nguồn: Agency, EPA; 2008)
Đảo nhiệt bề mặt là hiện tƣợng mà ban ngày ánh nắng Mặt Trời làm nóng các bề mặt không đƣợc che phủ nhƣ mái nhà, tƣờng, lề đƣờng ở khu vực trung tâm đơ thị.
Trong khi đó, khu vực nơng thơn và cơng viên do có nhiều bóng râm nên nhiệt độ các bề mặt có thể gần với nhiệt độ khơng khí. Do ảnh hƣởng bởi tác động của ánh nắng Mặt Trời, hiện tƣợng UHI bề mặt diễn ra cả ngày và đêm, đặc biệt là mùa hè.
Hiện tƣợng đảo nhiệt bề mặt đƣợc quan trắc bằng dữ liệu viễn thám, sử dụng ảnh nhiệt để đo đạc sự phát xạ nhiệt và nhiệt độ của các bề mặt (Voogt & Oke, 2003). Đảo nhiệt khơng khí là hiện tƣợng mà khơng khí ở khu vực trung tâm đô thị ấm hơn khơng khí ở vùng ngoại ơ. Ngồi ra, theo Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ - Environmental Protection Agency (EPA), các nhà khoa học cịn chia đảo nhiệt khơng khíthành hai loại:
- Đảo nhiệt đô thị dƣới tầng tán (Canopy layer UHIs): xảy ra tại tầng khơng khí thấp, nơi con ngƣời sinh sống, có thể tính từ mặt đất đến các mái nhà hoặc đỉnh cây.
- Đảo nhiệt đô thị biên (Boundary layer UHIs): bắt đầu tính từ mái nhà hoặc đỉnh cây lên vùng khí quyển bên trên, khoảng 1,5km.
Tuy nhiên, các nghiên cứu và phân tích thƣờng chỉ tập trung vào hiện tƣợng UHI dƣới tầng tán, nơi mà đời sống con ngƣời chịu tác động trực tiếp từ nhiệt độ khơng khí.
Hiện tƣợng đảo nhiệt khơng khí đƣợc quan trắc bằng phƣơng pháp đo nhiệt độ khơng khí, có thể trải rộng khắp thành phố hoặc dùng phƣơng pháp so sánh nhiệt độ ở từng khu vực cục bộ, ví dụ nhƣ so sánh nhiệt độ một khu trung tâm đô thị với một khu ngoại thành (Steward, 2011).
Hình 1. 3. Các loại hình đảo nhiệt đơ thị
(Nguồn: Steward, 2011)
1.2.1.3.Tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị
Theo nghiên cứu, bề mặt đô thị sẽ tăng lên trong những ngày nóng, làm nhiệt độ khơng khí tăng lên, đặc biệt là trong các khơng gian ngồi trời khơng thơng thống hoặc không gian bên trong các tòa nhà thƣơng mại và khu dân cƣ. Điều này làm tăng tiêu thụ năng lƣợng để làm mát (tức là làm lạnh và điều hịa khơng khí), do đó làm tăng năng lƣợng sản xuất của các nhà máy điện dẫn đến lƣợng phát thải khí nhà kính cao hơn nhƣ carbon dioxide, cũng nhƣ các chất ô nhiễm khác nhƣ lƣu huỳnh Dioxit, cacbon monoxit và các hạt. Hơn nữa, nhu cầu năng lƣợng gia tăng có nghĩa là chi phí cho ngƣời dân và các cơ quan, mà ở các khu vực đô thị lớn có thể gây ra những tác động kinh tế đáng kể.
Mặt khác, một mối quan hệ trực tiếp đã đƣợc tìm thấy giữa hiện tƣợng UHI và các bệnh liên quan đến nhiệt và tử vong do tần suất khó chịu về nhiệt đối với hệ tim mạch và hô hấp, làm ảnh hƣởng đến sức khoẻ và sự thoải mái của con ngƣời, đặc biệt ở ngƣời già và trẻ em. Tƣơng tự, các bệnh về đƣờng hơ hấp và phổi cũng có liên quan đến nồng độ Ozon cao gây ra bởi nhiệt độ (năm 2003 tổng cộng có khoảng 2000 ca tử vong ở mọi lứa tuổi ở London). Khơng chỉ vậy nhiệt độ cao có thể gây rối loạn sinh lý và âm vị học đối với cây cảnh và rừng đô thị.
Mặc dù vào mùa đơng, UHI có thể dẫn đến việc tiết kiệm năng lƣợng, nhƣng có sự đồng ý lớn giữa các nhà nghiên cứu rằng lợi ích này bị ảnh hƣởng bởi những ảnh hƣởng bất lợi xảy ra vào mùa hè [28].
Chất lƣợng nƣớc và khơng khí tại khu vực UHI tồi tệ hơn vì có nhiều chất gây ơ nhiễm (chất thải từ xe cộ, công nghiệp và ngƣời) đƣợc bơm vào không khí. Những chất gây ơ nhiễm này bị chặn lại bởi sự phân tán và trở nên ít độc hại hơn bởi cảnh quan đô thị: nhà cửa, đƣờng xá, vỉa hè và bãi đỗ xe.
1.2.2. Vai trị của các yếu tố đơ thị hóa trong hiệu ứng đảo nhiệt đơ thị
1.2.2.1. Vai trò của bề mặt đất
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã phân tích tác động của việc thay đổi bề mặt đất lên UHI. Nói chung, các nghiên cứu này đã cho rằng việc thay đổi các bề mặt đất có thể gây nên việc tăng nhiệt độ cục bộ ở bậc từ 1,67 - 2,220C đối với các khu đô thị lớn vào mùa hè, 5,60C đối với các trung tâm đô thị lớn vào mùa đông khi so sánh với vùng ngoại ô xung quanh. Các nghiên cứu khác đã kiểm tra tác động của thay đổi lớp phủ mặt đất lên UHI theo các đặc trƣng nhiệt thay cho nhiệt độ. Ví dụ, tác động của Albedo cục bộ, độ dẫn nhiệt, và nhiệt dung của bề mặt do việc thay thế các nông trại và cánh đồng bởi các tòa nhà và con đƣờng đã đƣợc Zhao và Zeng (2002) kiểm tra cho vùng Nam Trung Quốc, và Atkinson (2003) cho thành phố biển,... Nhìn chung, các nghiên cứu này chỉ ra rằng các vật liệu xây dựng của mơi trƣờng đơ thị có ảnh hƣởng lớn đến sự hấp thụ bức xạ Mặt Trời và phát xạ lại vào trong tầng thấp của khí quyển, vì vậy làm tăng nhiệt độ của khơng khí xung quanh.
Đồng thời, tính gồ ghề và tính phức tạp của các kiểu lớp phủ đất trong khu đô thị cũng đƣợc ghi nhận nhƣ là các nhân tố đóng góp vào các đặc tính của UHI. Ngồi ra, hình khảm của các bề mặt đất cũng ảnh hƣởng gián tiếp đến UHI do các thay đổi trong các hình dạng dịng khơng khí cục bộ xảy ra với dòng truyền nhiệt bị giảm từ các bề mặt sân lát nhỏ, và nhiệt thải do hoạt động nhân sinh đƣợc tái sinh từ các hoạt động sinh hoạt và cơng nghiệp.Vì vậy, UHI là kết quả đầu tiên của sự thay đổi các bề mặt có ảnh hƣởng đến cân bằng nhiệt của khơng gian đơ thị hóa (Trần Thị Vân, 2010).
1.2.2.2. Vai trị của mặt nước
Nhân tố quan trọng khác ảnh hƣởng đến UHI là nƣớc. Sự chuyển động của nƣớc từ các bề mặt phụ và bề mặt hoạt động đến khí quyển là một sự kiểm sốt quan trọng của UHI, bởi phần năng lƣợng bức xạ Mặt Trời đƣợc bề mặt hấp thụ mà nó đƣợc chuyển vào nhiệt ẩn (năng lƣợng đƣợc dùng để bốc hơi nƣớc hay làm tan băng) không thể đƣợc dùng để làm tăng nhiệt độ nhƣ nhiệt hiện. Nhiều nghiên cứu đã phân tích vai trị của chu kỳ thủy văn trong cân bằng năng lƣợng khí quyển trên các khu đơ thị. Các nghiên cứu này giả thiết rằng tổng năng lƣợng bao gồm luôn cả nhiệt ẩn là phụ thuộc vào độ sẵn có của nƣớc ở bề mặt để thực hiện quá trình bốc hơi (Trần Thị Vân, 2010).
1.2.2.3. Vai trò của thực vật
Thực vật có quan hệ trực tiếp đến các đặc trƣng ẩm, nhiệt và bức xạ của bề mặt Trái Đất mà nó xác định nhiệt độ bề mặt đất. Qua sự kết hợp của khả năng tạo bóng đổ và làm lạnh từ bốc hơi, thực vật có thể đƣợc dùng để giảm nhẹ một vài hiệu ứng gây ô nhiễm và đốt nhiệt từ hoạt động nhân sinh bởi sự phát triển của các khu đơ thị. Ví dụ, các cây tăng trƣởng càng mạnh, tỷ lệ cô lập CO2 của chúng qua quang hợp càng vƣợt trội việc thải khí đó qua hơ hấp, và kết quả cuối cùng là giảm CO2 trong khí quyển, nhờ đó sẽ giảm nhẹ hiệu ứng nhà kính từ hoạt động nhân sinh.
Thực vật có các tác động lên khí quyển đơ thị địa phƣơng, nhƣ cực tiểu hóa nhu cầu làm lạnh và đốt nhiệt của các tịa nhà, phân tán và lọc các chất ơ nhiễm, và quản lý nƣớc mƣa bão. Ở Atlanta, 60% mất lớp phủ thực vật tự nhiên qua 20 năm đã làm tăng 2 tỷ USD trong chi phí quản lý nƣớc mƣa bão. Ở Baltimore, ngƣời ta xác định rằng một vùng với 40% lớp phủ cây xanh có thể làm giảm dòng chảy tràn nƣớc mƣa khoảng 60% hơn là một vùng khơng có cây xanh. Thậm chí thực vật cũng có thể ảnh hƣởng đến chế độ gió và mƣa của các khu đô thị và cuối cùng ảnh hƣởng đến các đặc trƣng nhiệt (Trần Thị Vân, 2010).
1.2.2.4. Vai trị của dân số
Các tác động chính của lớp phủ bề mặt, nƣớc và thực vật đã trình bày ở trên có ý nghĩa đối với khí hậu học, đối với khí quyển đơ thị ở các mức khác nhau, và tất cả các nhân tố này đƣợc liên kết với sự tăng trƣởng và tác động của dân số. Cƣờng độ UHI có xu hƣớng tăng theo sự tăng kích thƣớc thành phố và dân số, và khi các thành phố tăng
trƣởng, chúng đóng góp tăng cƣờng vào sự thay đổi khí hậu ở các cấp vƣợt ra ngồi địa phƣơng. Oke (1973) đã phát triển mơ hình hồi quy giải thích thành cơng 97% của thay đổi cƣờng độ UHI với biến dự báo là dân số cho các thành phố Nam Mỹ và Châu Âu. Một phân tích thay đổi nhiệt độ đơ thị ở Mỹ dựa trên dân số chứng minh rằng sẽ tăng cục bộ khoảng 10C trên 100.000 ngƣời do đơ thị hóa.
CHƢƠNG 2. KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về khu vực nghiên cứu 2.1.1. Điều kiện tự nhiên 2.1.1. Điều kiện tự nhiên
2.1.1.1. Vị trí địa lý
Hà Nội nằm trong khoảng 20053’ - 21023’ vĩ độ Bắc và 105044’ - 106002’ kinh độ Đông, đƣợc bao quanh bởi 6 tỉnh: Thái Nguyên ở phía Bắc; Vĩnh Phúc và Hà Tây ở phía Tây và Tây Nam; Bắc Giang, Bắc Ninh và Hƣng n ở phía Đơng và Đơng Nam. Từ Bắc đến Nam khoảng cách là 50km, từ Tây sang Đơng là 30km. Tổng diện tích đất tự nhiên là 921,8km2; dân số 3.216.700 ngƣời. Hà Nội bao gồm 9 quận nội thành và 5 huyện ngoại thành.
Thành lập: HVCH: Nguyễn Ngọc Quỳnh GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Nguồn: USGS
2.1.1.2. Địa hình
Địa hình thành phố Hà Nội mang tính phân bậc địa hình khá rõ rệt bao gồm địa hình đồi và núi thấp, địa hình đồng bằng gị đồi và địa hình đồng bằng trũng thấp.
- Địa hình núi thấp và đồi phân bố ở phía Bắc huyện Sóc Sơn vốn là đầu mút phía Đơng Nam của dãy núi Tam Đảo.
- Địa hình đồng bằng gị đồi phát triển rộng rãi ở phía Bắc và Đơng Bắc Sóc Sơn, ở các đỉnh đồi cao từ 20m đến 65m.
- Địa hình đồng bằng trũng thấp chiếm khoảng 90% diện tích thành phố. Địa hình vùng đồng ruộng có độ dốc rất nhỏ, đồng thời trong từng vùng cũng hình thành các mảng trũng và hồ đầm. Khu vực đồng bằng của thành phố trung tâm hình thành bởi sự chia cắt sông Hồng và sông Đuống tạo thành khu Bắc sông Hồng và Nam sông Hồng, Bắc sông Đuống và Nam sơng Đuống. Các khu vực này đều có địa hình bằng phẳng và hƣớng dốc chung từ Tây Bắc xuống Tây Nam, tuy nhiên cao độ nền khác nhau. Trũng nhất là khu vực Thanh Trì.
- Một đặc điểm nổi bật là các vùng ngồi đê ven sơng Hồng, sơng Đuống có địa hình cao hơn hẳn địa hình vùng trong đê, cao độ nền từ 10m÷11m. Đó là do đặc điểm động lực của dòng chảy, xƣa kia khi chƣa có hệ thống đê bảo vệ mỗi khi mùa mƣa lũ tràn về, nƣớc sông đem theo phù sa và cuội sỏi tràn qua hai bên bờ, do quy luật động lực dịng chảy các hạt thơ, lớn, dồn lắng ngay ven sơng, cịn các hạt phù sa nhỏ bị đẩy đi xa bồi đắp cho vùng đồng ruộng tam giác châu thổ sông Hồng thêm màu mỡ.
2.1.1.3.Khí hậu
Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu Hà Nội có đặc trƣng nổi bật là gió mùa ẩm, nóng và mƣa nhiều về mùa hè, lạnh và ít mƣa về mùa đơng; đƣợc chia thành bốn mùa rõ rệt trong năm: Xuân, Hạ, Thu, Đông. Mùa xuân bắt đầu vào tháng 2 (hay tháng giêng âm lịch) kéo dài đến tháng 4. Mùa hạ bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 8, nóng bức nhƣng lại mƣa nhiều. Mùa thu bắt đầu từ tháng 8 đến tháng 10, trời dịu mát, lá vàng rơi. Mùa đông bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau, thời tiết giá lạnh, khô hanh. Ranh giới phân chia bốn mùa chỉ có tính chất tƣơng đối, vì Hà Nội có năm rét
sớm, có năm rét muộn, có năm nóng kéo dài, nhiệt độ lên tới 40°C, có năm nhiệt độ xuống thấp dƣới 5°C.
Hà Nội quanh năm tiếp nhận đƣợc lƣợng bức xạ mặt trời khá dồi dào. Tổng lƣợng bức xạ trung bình hàng năm khoảng 120 kcal/cm², nhiệt độ trung bình năm 24,9°C, độ ẩm trung bình 80 - 82%. Lƣợng mƣa trung bình trên 1700mm/năm (khoảng 114 ngày mƣa/năm).
Trong lịch sử phát triển, Hà Nội cũng đã nhiều lần trải qua các biến đổi bất thƣờng của khí hậu - thời tiết. Tháng 5 năm 1926, Hà Nội chứng kiến một đợt nắng khủng khiếp có ngày nhiệt độ lên tới 42,80C. Tháng 1 năm 1955, mùa đông giá buốt nhất trong lịch sử, Hà Nội sống trong cái giá lạnh xuống đến 2,70C. Vào tháng 6 năm 2015 với việc bị ảnh hƣởng bởi El Nino trên toàn thế giới, Hà Nội phải hứng chịu đợt nóng kỉ lục trong 1 tuần (từ 1-6 đến 7-6) với nhiệt độ lên tới 43,70C, là nhiệt độ kỷ lục ghi nhận trong lịch sử. Hơn nữa, do chịu ảnh hƣởng của hiệu ứng đô thị và là vùng khí hậu có độ ẩm cao nên những đợt nắng nóng, nhiệt độ cảm nhận thực tế ln cao hơn mức đo đạc, có thể lên tới 500
C.
2.1.1.4. Thủy văn
Có 3 con sơng chính chảy qua Hà Nội với các chế độ nƣớc thay đổi: Sông Hồng và các sông nhánh (sông Đuống và sông Cà Lồ). Đặc điểm thuỷ văn và chế độ dòng chảy của sông Hồng là một trong những hạn chế chủ yếu ở phía Nam Hà Nội mà con ngƣời phải đối mặt.
Hà Nội đƣợc hình thành từ châu thổ sơng Hồng, nét đặc trƣng của vùng địa lí thành phố Hà Nội là “Thành phố sông hồ” hay “Thành phố trong sông”. Nhờ các con sông lớn nhỏ đã chảy miệt mài hàng vạn năm đem phù sa về bồi đắp nên vùng châu thổ phì nhiêu này. Hiện nay, có 4 sơng chảy qua Hà Nội cũ: sơng Hồng, sông Đuống, sông Nhuệ, sông Đáy. Trong đó, đoạn sơng Hồng chảy qua Hà Nội dài tới 163km (chiếm 1/3 chiều dài của con sông này chảy qua lãnh thổ Việt nam). Trong nội đơ ngồi 2 con sơng Tơ Lịch và sơng Kim ngƣu cịn có hệ thống hồ đầm là những đƣờng tiêu thoát nƣớc thải của Hà Nội.
thành hồ. Hiện nay, dù phần lớn đã bị san lấp lấy mặt bằng xây dựng, đến nay vẫn còn tới hàng trăm hồ đầm lớn nhỏ đƣợc phân bổ ở khắp các phƣờng, xã của thủ đô Hà Nội. Nổi tiếng nhất là các hồ Hoàn Kiếm, Hồ Tây, Quảng Bá,Trúc Bạch, Thiền Quang, Bảy Mẫu, Thanh Nhàn, Linh Đàm, Yên Sở, Giảng Võ…
Những hồ đầm này của Hà Nội không những là một kho nƣớc lớn mà còn là hệ thống điều hòa nhiệt độ tự nhiên làm cho vùng đô thị nội thành giảm bớt sức hút nhiệt tỏa nóng của khối bê tơng, sắt thép, nhựa đƣờng và các hoạt động của các nhà máy… Hồ đầm của Hà Nội không những tạo ra cho thành phố khí hậu mát lành - tiểu khí hậu đơ thị mà cịn là những danh lam thắng cảnh, những vùng văn hóa đặc sắc của Thăng Long - Hà Nội.
2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
2.1.2.1. Dân số
Các thống kê trong lịch sử cho thấy dân số Hà Nội tăng nhanh trong nửa thế kỷ