Hình 33. Bề mặt che phủ xung quanh trạm Láng và Trạm Hà Đơng
Hình 34. Bề mặt che phủ xung quan trạm quan trắc Sơn Tây và Ba Vì
Hình 35. Bề mặt che phủ xung quan trạm quan trắc Hải Dương và Hà Nam
Các hình ảnh trên cho thấy bề mặt xung quanh trạm Láng và Nguyễn Văn Cừ, Lăng có mật độ cơ sở hạ tầng cao, thảm thực vật thấp hơn, phân bố bề mặt phức tạp với nhiềucấu trúc nhà cao tầng so với các trạm cịn lại. Do đó, yếu tố bề mặt đơ thị đóng vai trò quan trọng tạo nên sự khác biệt nhiệt độ khơng khí giữa các khu vực nội thành và ngoại thành Hà Nội.
Trạm Nguyễn Văn Cừ nằm trên gần đường quốc lộ 5 và sơng Hồng, đó có thể là nguyên nhân khiến nhiệt độ tại trạm này có những biến động về nhiệt độ phức tạp, đạt nhiệt độ cao trong những ngày nóng và nhiệt độ mức độ trung bình trong những này nhiệt độ trung bình hoặc thấp so với các trạm quan trắc tự động còn lại.
Nghiên cứu tạm thời chỉ dừng ở mức độ dựa trên quan sát bề mặt xung quanh các trạm quan trắc qua hình ảnh Google Earth cho thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa bề mặt che phủ của các trạm quan trắc nội thành Hà Nội và các trạm quan trắc tại các tỉnh thành xung quanh là một trong những yếu tố gây nên hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội.
3.3. Kết quả trích lọc nhiệt bề mặt qua ảnh vệ tinh Landsat
Dựa trên nguồn ảnh Landsat từ các vệ tinh hiện có, nghiên cứu đã lựa chọn được ảnh chụp từ vệ tinh ngày 24 tháng 9 năm 2011 là phù hợp để trích lọc nhiệt độ từ ảnh viễn thám của vệ tinh Landsat 4-5TM.
Hình 36. Hình bên trái ảnh màu tự nhiên chụp từ vệ tinh, hình bên phải ảnh nhiệt chụp từ vệ tinh L5 ngày 24/9/2011 [24]
Thông tin về ảnh:
Thời gian ảnh được chụp: 10:11: 32.94938 – 10:11:59.56225 (am) Ngày chụp: 24/09/2011
Vệ tinh: Landsat 5 Path/Row: 127/45
Mây che phủ trung bình: 24,5%
Mây che phủ trung bình phía trên bên trái:49,3% Mây che phủ trung bình phía trên bên phải: 8,9% Mây che phủ trung bình phía dưới bên trái:42,23% Mây che phủ trung bình phía dưới bên phải:5,38%
Trung tâm thành phố Hà Nội nằm ở phía dưới bên phải của ảnh với độ mây che phủ là 5,28% có thể sử dụng làm ảnh nền đề trích lọc ảnh nhiệt hồng ngoại cho khu vực thành phố Hà Nội. Hình 36 ảnh Landsat 127/45 được chụp ngày 24/09/2011 và khu vực phía dưới bên phải được cắt để trích lọc nhiệt độ cho trung tâm thành phố Hà Nội.
Hình 37. Bản đồ hồng ngoại nhiệt khu vực Hà Nội từ vệ tinh Landsat 5 ngày 24/09/2011
Từ ảnh trên tác giả sử dụng phần mềm ENVI dựa trên việc sử dụng thuật toán NOR cho kết quả phân bố nhiệt bề mặt cao nhất là 28,84oC và thấp nhất là - 31,82oC, phần lớn các pixcel cho giá trị tập trung trong khoảng 17,5 -22,5 oC. Kết quả được cho thấy ở Hình 38 là histogram của bản đồ dưới đây:
Hình 38. Histogram LST
Hình 39. Bản đồ LST khu vực thành phố Hà Nội theo phương pháp NOR ngày 24/09/2011
Kết quả trích lọc Hình 39 về phân bố nhiệt độ bề mặt qua ảnh vệ tinh Landsat cho thấy nhiệt độ bề mặt tại thời điểm 10h sáng ngày 24/09/2011 khu vực Hà Nội đã hình thành đảo nhiệt ở năm quận nội thành Đống Đa, Hai Bà Trưng, Ba
Đình, Hồn Kiếm và Thanh Xn là những khu vực có mật độ dân số lớn nhất trong thành phố Hà Nội tương tự với kết quả được cho thấy ở bản đồ nội suy nhiệt độ. Sau đó lan rộng sang phía Tây Bắc của khu vực thành phố Hà Nội phía các quận Gia Lâm, Đơng Anh, Sóc Sơn, Mê Linh. Nhưng nhiệt độ chênh lệch bề mặt lúc này giữa khu vực đảo nhiệt và lân cận chỉ từ 2-6 oC.
Bản đồ trên cho thấy các giá trị nhiệt độ bề mặt tại các trạm quan trắc khí tượng được thống kê trong bảng dưới cùng với nhiệt độ trung bình ngày và nhiệt độ khí tượng lúc 10:00 sáng ngày 24 tháng 9 năm 2011 như sau:
Bảng 6. Nhiệt độ mặt đất tại tọa độ các trạm quan trắc từ bản đồ phân bố nhiệt
STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Nhiệt độ
LST Nhiệt độ lúc 10:00 1 Láng 105.807005 21.020579 20,83 29,4 2 NVC 105.882425 21.05022 22,96 28,09 3 Ba Vì 105.383405 21.121126 22,21 28,9 4 Sơn Tây 105.498733 21.138307 20,83 28,9 5 Hà Đông 105.754091 20.954747 22,65 -
So sánh giữa nhiệt độ trích lọc từ bản đồ nhiệt độ tại vị trí tọa độ các trạm quan trắc và nhiệt độ khơng khí tại các trạm quan trắc lúc 10h sáng ngày 24/09/2011 cho thấy nhiệt độ khơng khí cao hơn từ 6-8oC. Có nghĩa là giá trị nhiệt độ bề mặt trích lọc từ thuật toán NOR chưa có độ chính xác cao do khi sử dụng thuật toán giá trị Ts trong số N giá trị nhiệt được lấy mặc định theo phần mềm ENVI hiện tại, có thể chưa phải là giá trị để Ts là lớn nhất nên dẫn đến sai khác số liệu giá trị bề mặt đất hoặc do nhiễu khí quyển. Tuy nhiên, theo logic tính tốn giá trị pixel thì các pixel cùng được tính tốn định dạng cùng bằng thuật toán NOR, cùng một kênh nhiệt do đó phân bố bề mặt mà bản đồ cho thấy là phân bố chênh lệch đúng có thể sử dụng được cho kết quả về đảo nhiệt.
3.4. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị ở khu vực trung tâm thành phố Hà Nội vực trung tâm thành phố Hà Nội
Đối với đảo nhiệt đơ thị trên thế giới đã có nhiều biện pháp được áp dụng tại các thành phố xảy ra đảo nhiệt đô thị bao gồm: (i) Gia tăng bề mặt che phủ cây xanh và thảm thực vật bề mặt; (ii) Phủ xanh mái nhà; (iii) Xây dựng các mái nhà có độ phản xạ cao; (iv) Thay thế bề mặt che phủ bằng bề mặt có độ phản xạ cao.
Đối với các phương pháp trên chia làm hai loại nguyên lý chính để giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị: (1) Sử dụng bề mặt thảm thực vật với q trình bốc-thốt hơi nước, bóng mát để che phủ và điều hịa khí hậu; (2) Thay thế các vật liệu bề mặt làm tăng khả năng phản xạ của bề mặt (bề mặt tối có khả năng phản xạ kém hơn bề mặt sáng. Cả hai loại phương pháp này đều có thể tìm hiểu để áp dụng. Đối với từng loại phương pháp tác giả đã khảo sát thực địa để cho thấy hiệu quả của giải pháp giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị trên thực tế tại khu vực trung tâm thành phố Hà Nội.
3.4.1. Tác dụng của cây xanh đối với hiện tượng đảo nhiệt đơ thị
Cây xanh đóng vai trò quan trọng trong việc giảm "hiệu ứng đảo nhiệt đô thị", giảm bức xạ, giảm nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ bề mặt đất. Cây xanh hấp thụ bức xạ mặt trời để lục diệp hóa, nước bốc hơi từ bề mặt lá hút nhiệt nên cây xanh có tác dụng làm giảm nhiệt độ của mơi trường xung quanh nó. Các tác dụng cụ thể của cây xanh trong việc giảm nhiệt độ môi trường như sau:
Cây xanh có thể hút được 30 – 80% bức xạ mặt trời chiếu tới tùy theo mức độ rậm rạp của lá. Cây càng có lá rậm rạp, tán lá to thì hút bức xạ càng nhiều vì tổng diện tích mặt lá hấp thụ, khuếch tán bức xạ và bốc hơi hút nhiệt càng lớn.
Cây xanh có tác dụng cản bức xạ - che nắng cho không gian dưới lùm cây, có thể ngăn được 60 – 80 % bức xạ mặt trời, nhờ đó có tác dụng giảm nhiệt độ bề mặt đất và nhiệt độ khơng khí phía dưới tán lá của cây.Theo số liệu đo quan trắc trước đây của Bộ môn Vật lý Kiến trúc (nay là Bộ môn Kiến trúc Môi trường- Trường Đại học Kiến trúc Hà nội) đã chứng tỏ rằng trong cùng một điều kiện khí
hậu và thời gian, nhiệt độ khơng khí sát mặt sân atphan là trên 50oC, sát mặt bê tông là trên 43oC, nhưng trên mặt cỏ chỉ là 39o
C [2]. Nghiên cứu đã thực hiện để khảo sát thực tế: - Vị trí đo:
Các đường phố ít được cây xanh che bóng, đường phố có mật độ nhà cao tầng lớn và có nhiều bề mặt khơng thấm nước: đường Trần Duy Hưng, đường Nguyễn Chí Thanh, đường Tơn Đức Thắng.
Các đường phố được cây xanh che bóng suốt ngày: đường Kim Mã, đường Hoàng Diệu, đường Nguyễn Thái Học.
Kết quả đo được thể hiện ở bảng 7
Bảng 7. Kết quả chụp ảnh nhiệt hồng ngoại tại các vị trí đo đạc và chọn dải nhiệt độ từ 84 -140 oF (28,9-60 oC)
Vị trí được che bóng Vị trí khơng được che bóng
Vị trí khơng được che bóng (ngã tư hoặc cầu vượt)
Trần Duy Hưng T(tt) 97,7 oF (36,5 oC) 122,2oF(50,1oC) 128,1oF (53,4 oC) Nguyễn Chí Thanh T(tt) 97,3 oF(36,2 oC) 107,7 oF (42,05 oC) 133,4 oF (56,3 oC)
Kim Mã T(tt) 91,9 oF (33,3 oC) 112,2 oF (44,6 oC) 120 oF (48,8 oC) Nguyễn Thái Học T(tt) 94,5 oF (34,7 oC) 117 oF (47,2 oC) 122,4 oF (50,22 oC) Hoàng Diệu T(tt) 97,3 oF (36,3 oC) 112 oF (44,4 oC) 122 oF (50 oC) Tôn Đức Thắng T(tt) 95,7 oF (35,4 oC) 120,8 oF (49,3 oC) 129 oF (53,8 oC)
Dựa vào kết quả đo đạc trên đây có thể nhận thấy rằng:
- Nhiệt độ bề mặt các vị trí có bóng che mát tại tất cả các vị trí đo đều thấp hơn nhiệt độ bề mặt tại các vị trí khơng có bóng che mát từ 8 - 15 oC. Điều này cho thấy bóng cây mát có tác dụng đáng kể đến nhiệt độ khu vực đô thị.
- Tất cả các khu vực ngã tư hoặc cầu vượt nơi có nhiều phương tiện giao thông thường xuyên qua lại, khơng có bóng cây mát nhiệt độ cao hơn hơn các khu vực có bóng che mát từ 14 - 20 oC.
- Các khu vực ngã tư của các tuyến đường có nhiều cây xanh hai bên đường như Kim Mã, Hồng Diệu, Nguyễn Thái Học có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ở các vị trí khu vực ngã tư, cầu vượt trên cao Tôn Đức Thắng, Nguyễn Chí Thanh từ 3 - 5oC.
Hình 40. Một số hình ảnh đo đạc thực nghiệm
Như vậy, những kết quả trên cho thấy cây xanh đóng vai trị rất quan trọng đối với nhiệt độ đơ thị. Vì vậy mà cần phải có chiến lược quy hoạch phù hợp đối
với cây xanh đô thị đặc biệt trong bối cảnh diện tích cây xanh của thành phố Hà Nội ngày càng bị thu hẹp và thay thế bằng các cơng trình cơ sở hạ tầng.
3.4.2. Tác dụng gia tăng Albedo đối với bề mặt đô thị
Hệ số phản chiếu bề mặt: Albedo
Albedo được định nghĩa như một tỷ số phản xạ khuyếch tán đối với bức xạ điện từ chiếu tới. Giá trị Albedo của bề mặt dao động từ 1 ở nơi mà 100% bức xạ tới được phản chiếu, giảm xuống tới 0 ở nơi mà bức xạ không được phản chiếu và tất cả bức xạ được hấp thụ như nhiệt. Khi bức xạ mặt trời được bề mặt hấp thụ, nó làm tăng nhiệt độ của vật liệu và tái phát ra như bức xạ hồng ngoại (nhiệt).
Màu của bề mặt càng sáng thì tỷ số Albedo của nó càng cao. Albedo của tuyết mới rơi xấp xỉ bằng 0,9, trong khi đó Albedo của đất đen hay asphalt nằm trong khoảng 0,05 - 0,2, Albedo của bê tông xi măng pooc lăng thường dao động trong khoảng 0,2 - 0,4 [8].
Giảm lượng CO2 tương đương
Các vật liệu màu sáng hơn phản chiếu bức xạ mặt trời nhiều hơn, dẫn tới phát ra lượng nhiệt ít hơn, nghĩa là làm nóng trái đất ít hơn.
Giảm nóng trái đất có thể biểu diễn bằng sự giảm phát thải CO2 tương đương. Khi Albedo bề mặt tăng lên 0,01, thì lượng CO2 được giảm bằng 2,55 kg/m2 bề mặt. Lượng CO2 tương đương giảm được so với giá trị bức xạ năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất trung bình bằng 172 W/m2 [8].
Lợi ích của hiệu ứng Albedo dễ dàng tích hợp trong thiết kế bền vững, và những hiệu ứng đó đóng vai trị đáng kể trong việc giảm chỉ số cacbon của xây dựng. Hiệu ứng Albedo có thể được tận dụng trong quá trình thiết kế nhằm biến cơng trình đó trở thành hiệu ứng cacbon âm trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Thiết kế đó góp phần làm giảm bớt nóng trái đất từ năm này qua năm khác, và có hiệu quả tích cực giảm sự nóng lên của trái đất.
Chính vì vậy khi thay đổi vật liệu mái, bề mặt để gia tăng chỉ số Albedo là phương thức áp dụng để có thể giảm thiểu nhiệt độ hấp phụ vào bề mặt đô thị. Tuy nhiên, việc thay đổi vật liệu thường gia tăng chi phí và khó khăn để áp dụng cho cơ
sở hạ tầng hiện tại. Đối với các bề mặt hiện tại để đạt Albedo lớn nhất có thể thay đổi chuyển màu sắc bề mặt sang màu trắng tương tự như Albedo của tuyết cho các mái nhà hoặc bề mặt đô thị để giảm nhiệt độ bề mặt cũng như nhiệt độ bên trong các tịa nhà.
Trên thế giới hiện nay đã có nhiều dự án phủ trắng các mái nhà tăng độ phản chiếu bức xạ mặt trời. Dưới đây là áp dụng thử nghiệm tại Công ty Honda Việt Nam cho thấy hiệu quả khi sơn trắng mái nhà.
Mô tả về khu vực thử nghiệm: Khu vực thử nghiệm này là khu vực kho để xe máy thành phẩm của Cơng ty Honda Việt Nam tỉnh Bình Dương với diện tích là 10.000 m2. Trong đó khu vực khơng sơn số 1 là cột trụ chính của tồn nhà phân chia hai bên mái được thiết kế nâng cao khoảng 1m cùng với tấm lấy sáng để sử dụng ánh sáng tự nhiên trong kho. Khu vực không sơn số 2 rộng khoảng 1,800 m2 , đây là khu vực cầu nhập hàng dành cho xe cong-ten-nơ di chuyển vào đỗ nhập hàng nên khơng có người sử dụng và khơng có lưu giữ xe thành phẩm. (Hình 46)
Hình 42. Một số hình ảnh kiểm chứng kết quả
Bảng 8 cho thấy kết quả kiểm chứng của biện pháp sơn phủ mái trong việc giảm nhiệt độ khơng khí đơ thị.
Trong đó các ảnh được mô tả trong Bảng 8 được chụp ở một phía mái có cầu nhập hàng với độ dốc của mái là 10o tại thời điểm giữa trưa
Từ kết quả đo đạc thực nghiệm trên cho thấy, sơn trắng mái của các tịa nhà thực sự có hiệu quả giảm thiểu nhiệt hấp thụ vào các tòa nhà.
Như vậy, đối với các biện pháp giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt tại các đô thị đều có thể nhận thấy hiệu quả thực tế và sẵn có để có thể áp dụng đối với hiện tượng đảo nhiệt đơ thị như ở Hà Nội hiện nay. Do đó, các quy hoạch đô thị mới và định hướng phát triển cần phải chú trọng đến thiết kế đô thị nhằm từng bước ngăn cản tác động của hiệu ứng này có thể xảy ra tương tự đối với các đơ thị phát triển trên thế giới.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
Nghiên cứu đã dựa trên các dữ liệu về thời tiết tại các trạm quan trắc và phân tích sự thay đổi nhiệt độ trong các khoảng thời gian khác nhau cho thấy đã xuất hiện hiện tượng nhiệt độ tại khu vực trung tâm thành phố Hà Nội cao hơn các khu vực lân cận từ 0,5 - 3oC đặc biệt là vào mùa hè.
Đảo nhiệt đơ thị khơng khí xuất hiện rõ ràng nhất vào thời điểm mùa hè khi nhiệt độ đạt cực đại từ khoảng 13h đến 17h.
Bản đồ nội suy nhiệt độ khơng khí với 8 điểm quan trắc nhưng cho thấy phân bố đảo nhiệt tại các quận nội thành Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Ba Đình, Thanh Xuân và một phần quận Gia Lâm vào những ngày nhiệt độ cao ở cả mùa đông và mùa hè. Chênh lệch nhiệt độ giữa các trạm có thể lên đến 2oC.
Dựa theo kết quả trích lọc nhiệt độ từ ảnh Landsat cho thấy đảo nhiệt đô thị