Luận văn thạc sĩ về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội - Nguyễn Thị Thu Hương

Luận văn thạc sĩ môi trường phân tích khoa môi trường, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hoàng Liên
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiện Tượng Đảo Nhiệt Đô Thị Tại Khu Vực Trung Tâm Thành Phố Hà Nội Và Đề Xuất Một Số Biện Pháp Giảm Thiểu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị trên thế giới và Việt Nam
• 1.1. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt trên thế giới
• 1.2. Phân loại hiện tượng đảo nhiệt đô thị
• 1.3. Nguyên nhân của hiện tượng đảo nhiệt đô thị
• 1.4. Tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị
• 1.5. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Việt Nam
• 1.6. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.6.1. Dân số thành phố Hà Nội
• 1.6.2. Vị trí, địa hình
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Thu thập tài liệu thứ cấp
• 2.2.2. Phân tích các dữ liệu nhiệt độ không khí, vẽ đồ thị nhiệt
• 2.2.3. Xây dựng bản đồ nhiệt, phân tích nội suy không gian nhiệt bề mặt bằng phần mềm Arc GIS 10
• 2.2.4. Trích lọc giá trị nhiệt độ từ ảnh vệ tinh Lansat
• 2.2.5. Khảo sát trực tiếp và nghiên cứu thực địa tại các khu vực trạm quan trắc và khu vực lân cận
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích dữ liệu khí tượng
• 3.1.1. Kết quả phân tích dữ liệu khí tượng biến động theo nhiệt độ trung bình tháng từ năm 1980-2011
• 3.1.2. Phân tích kết quả biến đổi nhiệt độ trung bình theo ngày
• 3.1.3. So sánh dữ liệu khí tượng biến đổi theo giờ và phân tích nhiệt độ biến đổi theo giờ trên bản đồ nội suy
• 3.1.4. So sánh dữ liệu khí tượng biến đổi theo giờ
• 3.1.5. Phân tích nhiệt độ biến đổi theo giờ trên bản đồ nội suy
• 3.2. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị ở khu vực trung tâm thành phố Hà Nội
• 3.2.1. Tác dụng của cây xanh đối với hiện tượng đảo nhiệt đô thị
• 3.2.2. Tác dụng gia tăng Albedo đối với bề mặt đô thị
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island - UHI) là một vấn đề ngày càng nghiêm trọng tại các thành phố lớn, trong đó có Hà Nội. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu Hương (2015), UHI xảy ra khi nhiệt độ không khí tại khu vực trung tâm đô thị cao hơn so với khu vực ngoại ô. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống mà còn gây ra nhiều vấn đề về môi trường. Hà Nội, với mật độ dân số cao và sự phát triển đô thị nhanh chóng, đang phải đối mặt với những thách thức lớn từ hiện tượng này.

1.1. Nguyên nhân gây ra hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Nguyên nhân chính của hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội bao gồm mức độ che phủ thực vật thấp, thành phần vật liệu bề mặt đô thị và cấu trúc hình học của khu vực đô thị. Cây xanh và không gian mở giúp giảm nhiệt độ bề mặt, trong khi bề mặt không thấm nước như mái nhà và đường phố lại hấp thụ nhiệt. Điều này dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ không khí và bề mặt tại các khu vực đô thị.

1.2. Tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị đến môi trường

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị không chỉ làm tăng nhiệt độ mà còn ảnh hưởng đến chất lượng không khí, sức khỏe cộng đồng và tiêu thụ năng lượng. Nhiệt độ cao hơn có thể dẫn đến sự gia tăng nhu cầu sử dụng điều hòa không khí, từ đó làm tăng lượng khí thải carbon và ô nhiễm không khí. Điều này tạo ra một vòng luẩn quẩn, làm cho tình trạng UHI ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn.

II. Vấn đề và thách thức liên quan đến đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Hà Nội đang phải đối mặt với nhiều thách thức do hiện tượng đảo nhiệt đô thị. Sự gia tăng nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân mà còn làm giảm chất lượng cuộc sống. Các khu vực đông dân cư như Đống Đa, Hai Bà Trưng và Hoàn Kiếm là những nơi chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Việc thiếu cây xanh và không gian mở là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này.

2.1. Tác động đến sức khỏe cộng đồng

Nhiệt độ cao có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe như đột quỵ nhiệt, bệnh hô hấp và các vấn đề về tim mạch. Đặc biệt, những người già và trẻ em là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất. Việc tăng cường nhận thức về tác động của UHI đến sức khỏe cộng đồng là rất cần thiết.

2.2. Tác động đến môi trường và kinh tế

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị cũng gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường như ô nhiễm không khí và nước. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống mà còn làm giảm năng suất lao động và tăng chi phí y tế. Các biện pháp khắc phục cần được triển khai để giảm thiểu tác động này.

III. Phương pháp nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Để nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ các trạm quan trắc thời tiết, ảnh vệ tinh và các công cụ viễn thám để phân tích sự biến động nhiệt độ. Việc xây dựng bản đồ nhiệt cũng là một trong những phương pháp quan trọng giúp xác định các khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất.

3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu

Dữ liệu được thu thập từ các trạm quan trắc thời tiết và ảnh vệ tinh Landsat. Các thông số như nhiệt độ không khí, độ ẩm và bức xạ mặt trời được ghi nhận để phân tích sự biến động nhiệt độ trong khu vực nghiên cứu.

3.2. Phân tích dữ liệu và xây dựng bản đồ nhiệt

Phân tích dữ liệu nhiệt độ không khí và xây dựng bản đồ nhiệt giúp xác định các khu vực có nhiệt độ cao nhất. Phương pháp nội suy không gian nhiệt bề mặt cũng được áp dụng để tạo ra các bản đồ nhiệt chính xác hơn, từ đó hỗ trợ trong việc đề xuất các biện pháp giảm thiểu UHI.

IV. Giải pháp giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Để giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội, cần triển khai nhiều giải pháp đồng bộ. Việc tăng cường cây xanh, cải thiện cấu trúc đô thị và sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường là những biện pháp quan trọng. Ngoài ra, việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tác động của UHI cũng rất cần thiết.

4.1. Tăng cường cây xanh và không gian mở

Việc trồng thêm cây xanh và tạo ra các không gian mở sẽ giúp giảm nhiệt độ bề mặt và không khí. Cây xanh không chỉ tạo bóng mát mà còn giúp cải thiện chất lượng không khí. Các khu vực công viên, vườn hoa cần được mở rộng và bảo tồn.

4.2. Cải thiện cấu trúc đô thị và vật liệu xây dựng

Sử dụng vật liệu xây dựng có khả năng phản xạ cao và giảm nhiệt độ bề mặt là một trong những giải pháp hiệu quả. Cải thiện cấu trúc đô thị để tạo ra không gian thoáng đãng, giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt cũng là một biện pháp quan trọng.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội đã chỉ ra rằng việc áp dụng các biện pháp giảm thiểu có thể mang lại hiệu quả tích cực. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự giảm nhiệt độ tại các khu vực có nhiều cây xanh và không gian mở. Điều này chứng tỏ rằng việc cải thiện môi trường đô thị là cần thiết để nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.1. Kết quả từ các nghiên cứu thực địa

Các nghiên cứu thực địa cho thấy rằng nhiệt độ tại các khu vực có nhiều cây xanh thấp hơn so với các khu vực đông đúc, ít cây xanh. Điều này cho thấy tầm quan trọng của cây xanh trong việc giảm thiểu UHI.

5.2. Ứng dụng các giải pháp vào thực tiễn

Việc áp dụng các giải pháp như trồng cây xanh, cải thiện vật liệu xây dựng đã được thực hiện tại một số khu vực ở Hà Nội. Các dự án này không chỉ giúp giảm nhiệt độ mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu về đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội

Nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Hà Nội là một bước quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về tác động của UHI đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Tương lai của nghiên cứu này cần tập trung vào việc phát triển các giải pháp bền vững và nâng cao nhận thức cộng đồng về vấn đề này.

6.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các biện pháp đã được áp dụng và tìm kiếm các giải pháp mới. Việc hợp tác giữa các cơ quan, tổ chức và cộng đồng là rất cần thiết để giải quyết vấn đề UHI.

6.2. Hướng đi tương lai cho đô thị Hà Nội

Hà Nội cần hướng tới một đô thị xanh, bền vững với nhiều không gian mở và cây xanh. Các chính sách quy hoạch đô thị cần được điều chỉnh để giảm thiểu tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island - UHI) là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng tại các thành phố lớn trên thế giới, trong đó có Hà Nội. Theo các số liệu nghiên cứu, nhiệt độ trung bình tại các khu vực đô thị lớn có thể cao hơn từ 1 đến 3°C so với vùng ngoại ô, thậm chí chênh lệch nhiệt độ vào ban đêm có thể lên tới 12°C. Khu vực trung tâm thành phố Hà Nội với dân số khoảng 2,5 triệu người, mật độ dân số trên 10.000 người/km², đặc biệt các quận như Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm có mật độ gần 30.000 người/km², đang thể hiện rõ dấu hiệu của hiện tượng UHI trong những ngày nắng nóng. Nghiên cứu nhằm mục tiêu đánh giá mức độ và dấu hiệu của hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại khu vực trung tâm Hà Nội trong giai đoạn từ năm 1980 đến 2013, đồng thời đề xuất các biện pháp giảm thiểu tác động tiêu cực của hiện tượng này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 12 quận nội thành Hà Nội, sử dụng dữ liệu khí tượng, ảnh vệ tinh Landsat và khảo sát thực địa. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quy hoạch đô thị bền vững, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và cải thiện chất lượng cuộc sống cho cư dân đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai loại hiện tượng đảo nhiệt đô thị: đảo nhiệt bề mặt và đảo nhiệt khí quyển. Đảo nhiệt bề mặt được xác định qua nhiệt độ bề mặt các vật thể như mái nhà, vỉa hè, cây xanh, thường đo bằng ảnh viễn thám và ảnh nhiệt. Đảo nhiệt khí quyển đo nhiệt độ không khí ở độ cao tiêu chuẩn 1,5 m, phản ánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa khu vực đô thị và vùng ngoại ô. Các khái niệm chính bao gồm: albedo (độ phản xạ bức xạ mặt trời của bề mặt), nhiệt dung (khả năng dự trữ nhiệt của vật liệu), cấu trúc hình học đô thị (ảnh hưởng đến hướng gió và thoát nhiệt), và các yếu tố khí tượng như gió, mây, địa hình. Mô hình phân tích sử dụng phương pháp nội suy không gian IDW (Inverse Distance Weighting) để xây dựng bản đồ nhiệt độ phân bố không gian dựa trên dữ liệu trạm quan trắc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm dữ liệu khí tượng từ 8 trạm quan trắc (6 trạm nội thành Hà Nội và 2 trạm ngoại thành), ảnh vệ tinh Landsat 5 chụp ngày 24/9/2011, và khảo sát thực địa đo nhiệt độ bề mặt bằng máy đo AR 350+ và máy chụp ảnh nhiệt Fluke Ti110. Cỡ mẫu dữ liệu khí tượng theo giờ và ngày từ năm 2007 đến 2013, được thu thập từ Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia và Trung tâm Quan trắc Môi trường. Phương pháp phân tích gồm: thống kê biến động nhiệt độ trung bình tháng, ngày và giờ; xây dựng bản đồ nội suy nhiệt độ bằng phần mềm ArcGIS 10.1 sử dụng thuật toán IDW; trích lọc nhiệt độ bề mặt từ ảnh vệ tinh bằng thuật toán NOR; khảo sát thực địa đánh giá tác động của cây xanh và sơn chống hấp thụ nhiệt. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2009 đến 2015, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích, khảo sát thực địa và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến động nhiệt độ trung bình tháng (1980-2011): Nhiệt độ trung bình tháng 6 và 7 tại trạm Láng (nội thành) cao hơn các trạm ngoại thành từ 0,1 đến 0,5°C, thể hiện dấu hiệu rõ rệt của hiện tượng UHI trong mùa hè. Nhiệt độ trung bình tháng 1 (mùa đông) giữa các trạm tương đồng, không có sự chênh lệch đáng kể.

2. Biến đổi nhiệt độ trung bình theo ngày: Trong các tháng mùa nóng như 8, 9, 10 năm 2009 và 5, 8, 11 năm 2010, nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm nội thành như Nguyễn Văn Cừ và Lăng cao hơn trạm Láng và các trạm ngoại thành từ 0,5 đến 1°C, đặc biệt vào các ngày nắng nóng.

3. Phân tích nhiệt độ theo giờ: Nhiệt độ trung bình giờ tại trạm Nguyễn Văn Cừ cao hơn các trạm ngoại thành từ 1 đến 3°C, trạm Láng cao hơn từ 0,5 đến 1°C, đặc biệt trong khoảng thời gian 13h đến 17h. Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất vào mùa hè năm 2013 đạt tới 2°C.

4. Bản đồ nội suy nhiệt độ: Bản đồ phân bố nhiệt độ cho thấy đảo nhiệt hình thành rõ rệt tại các quận trung tâm như Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Ba Đình và Thanh Xuân. Chênh lệch nhiệt độ giữa trung tâm và ngoại thành có thể lên tới 2°C vào các thời điểm nhiệt độ cực đại trong ngày.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng UHI tại Hà Nội bao gồm mật độ dân số cao, sự gia tăng diện tích bề mặt không thấm nước, giảm diện tích cây xanh, cấu trúc hình học đô thị với nhiều tòa nhà cao tầng làm hạn chế đối lưu không khí, và nhiệt phát thải từ hoạt động con người. Kết quả phân tích nhiệt độ trung bình tháng và ngày cho thấy sự gia tăng nhiệt độ rõ rệt tại các khu vực trung tâm từ những năm 1990, tương ứng với quá trình đô thị hóa nhanh chóng. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, mức độ chênh lệch nhiệt độ tại Hà Nội tương đương với các thành phố lớn khác như Tokyo, Melbourne, và Phoenix. Bản đồ nội suy nhiệt độ minh họa rõ sự phân bố không gian của đảo nhiệt, hỗ trợ cho việc quy hoạch và thiết kế đô thị nhằm giảm thiểu tác động. Các biểu đồ nhiệt độ theo giờ cho thấy thời điểm chênh lệch nhiệt độ lớn nhất là buổi chiều, phù hợp với đặc điểm phát thải nhiệt và hấp thụ năng lượng mặt trời của đô thị. Kết quả khảo sát thực địa cũng xác nhận vai trò quan trọng của cây xanh và các biện pháp phủ bề mặt chống hấp thụ nhiệt trong việc giảm nhiệt độ bề mặt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường phủ xanh đô thị: Hành động trồng thêm cây xanh tại các khu vực trung tâm và ven đô nhằm tăng diện tích che phủ thực vật, giảm nhiệt độ bề mặt và không khí. Mục tiêu tăng diện tích cây xanh lên ít nhất 20% trong vòng 5 năm, do Sở Xây dựng và UBND các quận thực hiện.

2. Sử dụng vật liệu có albedo cao: Khuyến khích sử dụng sơn cách nhiệt, vật liệu phản xạ ánh sáng mặt trời cho mái nhà, vỉa hè và các bề mặt xây dựng. Thí điểm áp dụng tại các khu công nghiệp và khu dân cư trong 3 năm tới, do các doanh nghiệp và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

3. Quy hoạch đô thị hợp lý: Thiết kế các khoảng không gian mở, giảm mật độ xây dựng, tạo điều kiện cho đối lưu không khí và giảm tích nhiệt. Áp dụng trong các dự án phát triển đô thị mới và cải tạo đô thị hiện hữu, do Sở Quy hoạch Kiến trúc chủ trì.

4. Giám sát và nghiên cứu liên tục: Thiết lập hệ thống quan trắc nhiệt độ và chất lượng không khí liên tục để theo dõi hiệu quả các biện pháp giảm thiểu UHI. Thực hiện trong vòng 2 năm đầu và duy trì lâu dài, do Trung tâm Khí tượng Thủy văn và các viện nghiên cứu môi trường đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Giúp hiểu rõ tác động của UHI và áp dụng các giải pháp quy hoạch, thiết kế đô thị bền vững nhằm giảm thiểu nhiệt độ đô thị.

2. Chuyên gia môi trường và khí tượng: Cung cấp dữ liệu và phương pháp phân tích hiện tượng UHI, hỗ trợ nghiên cứu và giám sát môi trường đô thị.

3. Doanh nghiệp xây dựng và vật liệu: Tham khảo các giải pháp vật liệu cách nhiệt, sơn phản xạ để phát triển sản phẩm thân thiện với môi trường.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của UHI đến sức khỏe và môi trường, thúc đẩy các hoạt động trồng cây xanh và bảo vệ môi trường đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện tượng đảo nhiệt đô thị là gì?
   Đảo nhiệt đô thị là hiện tượng nhiệt độ tại khu vực đô thị cao hơn so với vùng ngoại ô do các hoạt động con người và đặc điểm bề mặt đô thị như bê tông hóa, giảm cây xanh.

2. Nguyên nhân chính gây ra UHI tại Hà Nội?
   Bao gồm mật độ dân số cao, diện tích bề mặt không thấm nước lớn, giảm cây xanh, cấu trúc đô thị làm hạn chế đối lưu không khí và nhiệt phát thải từ hoạt động con người.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đo hiện tượng UHI?
   Sử dụng dữ liệu nhiệt độ không khí từ các trạm quan trắc, ảnh vệ tinh Landsat để trích xuất nhiệt độ bề mặt, và khảo sát thực địa bằng máy đo nhiệt độ bề mặt.

4. Tác động của UHI đến sức khỏe con người như thế nào?
   UHI làm tăng nhiệt độ môi trường, gây khó chịu, tăng nguy cơ các bệnh về hô hấp, tim mạch, đặc biệt ảnh hưởng đến người già và trẻ em trong các đợt nắng nóng.

5. Các biện pháp giảm thiểu UHI hiệu quả nhất?
   Tăng cây xanh, sử dụng vật liệu có albedo cao, quy hoạch đô thị hợp lý và giám sát liên tục là các giải pháp được chứng minh hiệu quả trong nghiên cứu.

Kết luận

• Hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại khu vực trung tâm Hà Nội đã xuất hiện rõ rệt, với chênh lệch nhiệt độ trung bình từ 0,5 đến 2°C so với vùng ngoại thành, đặc biệt vào mùa hè và buổi chiều.
• Quá trình đô thị hóa nhanh chóng từ những năm 1990 đã làm gia tăng diện tích bề mặt không thấm nước và giảm diện tích cây xanh, góp phần làm tăng nhiệt độ đô thị.
• Phương pháp nghiên cứu kết hợp dữ liệu khí tượng, ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa cho phép đánh giá chính xác mức độ và phân bố không gian của hiện tượng UHI.
• Đề xuất các giải pháp tăng cây xanh, sử dụng vật liệu phản xạ nhiệt, quy hoạch đô thị hợp lý và giám sát liên tục nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của UHI.
• Tiếp tục nghiên cứu và triển khai các biện pháp trong vòng 5 năm tới để cải thiện môi trường sống và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cư dân Hà Nội.

Hành động ngay hôm nay để xây dựng đô thị xanh, bền vững và thân thiện với môi trường!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị trên thế giới và Việt Nam 1. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt trên thế giới Hiện tượng đảo nhiệt đô thị (UHI) được Luke Howard mô tả lần đầu tiên khi ông phát hiện nhiệt độ không khí tại thành phố Luân Đôn cao hơn khu vực nông thôn 3,7OF vào ban đêm và 0,34 OF vào ban ngày [23]. Hình 1 cho thấy hình ảnh điển hình mô tả hiện tượng UHI.

Sự chênh lệch nhiệt độ vào ban đêm thường lớn hơn sự chênh lệch nhiệt độ vào ban ngày và rõ ràng nhất khi tốc độ gió yếu. Hiện tượng này cũng diễn ra rõ rệt giữa mùa đông và mùa hè. Nhiệt độ không khí trung bình của thành phố có từ khoảng 1 triệu dân trở lên có thể cao hơn khu vực xung quanh từ 1-3oC; vào những đêm lặng gió và quang mây sự chênh lệch nhiệt độ này có thể lên tới 12oC. Thậm chí, hiện tượng UHI cũng có thể xuất hiện ở các thành phố và các đô thị nhỏ, mặc dù có thể không rõ rệt [13].

Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị [13] Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã diễn ra mạnh mẽ ở nhiều đô thị lớn trên thế giới như Tokyo, Thượng Hải, Lốt An-giơ-let, San Đi-ê-gô… Nhiệt độ không khí ở các đô thị này tăng khoảng 0,2 - 0,8 oC trong một thập kỷ (Hình 2). 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới [10] Hình 3 cho thấy kết quả nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tạo Tokyo, Nhật Bản. Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ năm 1907 đến 2007 Nhật Bản [25] Theo đó, từ cuối thập niên 80, nhiệt độ không khí trung bình tháng 9 tại thành phố này đã gia tăng và cao hơn các thành phố lân cận từ 1-3 oC.

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đồng thời cũng làm tăng nhiệt độ của trung bình thấp nhất theo ngày. Theo nghiên cứu về UHI tại Phoenix, Hoa Kỳ, trong giai đoạn 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 1950 tới 2006, nhiệt độ trung bình thấp nhất theo ngày trong năm ở khu vực đô thị tại trạm Phoenix cao hơn rất nhiều nhiệt độ trung bình thấp nhất theo ngày tại khu vực nông thôn tại trạm tượng đài Casa Grande nằm giữa hai thành phố lớn (Hình 4). Biểu đồ nhiệt độ trung bình thấp nhất hang năm tại trạm Phoenix và trạm tượng đài quốc gia Casa Grande tại bang Arizona, Hoa Kỳ [15] Ở Úc, nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại khu vực Nam Victoria trong giai đoạn 1900 - 2000, cho thấy hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã xuất hiện tại thành phố Melbourne (Hình 5). Do ảnh hưởng của hiện tượng đảo nhiệt đô thị, nhiệt độ trung bình năm tại thành phố Melbourne đã rút ngắn chênh lệch với nhiệt độ trung bình năm tại các các vùng khác thuộc khu vực Nam Victoria từ năm 1960.

4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nhiệt độ trung bình năm các khu vực phía nam Victoria giai đoạn 1990 – 2000 [17] 1. Phân loại hiện tượng đảo nhiệt đô thị Đảo nhiệt xảy ra cả trên bề mặt đô thị và khí quyển. Hai loại đảo nhiệt đô thị này khác nhau ở cách hình thành, các phương pháp kĩ thuật được sử dụng để xác định và đo đạc, ảnh hưởng và phương pháp để giảm thiểu chúng (Bảng 1).

Các đặc điểm cơ bản của hiện tượng đảo nhiệt đô thị bề mặt và khí quyển [13] Đặc điểm UHI bề mặt UHI khí quyển Biểu hiện - Xuất hiện ở tất cả các thời - Có thể không rõ ràng hoặc theo thời gian trong ngày, cả ban ngày không xuất hiện vào ban ngày gian và ban đêm - Rõ rệt nhất vào ban đêm hoặc - Rõ rệt vào ban ngày và mùa trước khi mặt trời mọc và mùa hè đông. Cường độ Nhiều biến động về không gian Biến động: lớn nhất và thời gian: Ban ngày: 10 - 15 oC Ban ngày: 1 - 3 oC Ban đêm: 5-10 oC Ban đêm: 7 - 12 oC Phương Đo đạc gián tiếp: Đo đạc trực tiếp: pháp Viễn thám - Các trạm quan trắc thời tiết nghiên cứu - Trạm di động Phương Hình ảnh nhiệt - Biểu đồ đẳng nhiệt pháp mô tả - Biểu đồ đường nhiệt độ 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Đảo nhiệt đô thị bề mặt: Vào mùa hè, ánh mặt trời làm khô nóng bề mặt các đô thị như mái nhà, vỉa hè… làm nhiệt độ bề mặt tại các khu vực không thấm nước của đô thị có thể cao hơn không khí khoảng từ 27 - 50°C, trong khi nhiệt độ bề mặt của các khu vực cây xanh, thảm cỏ, bề mặt thấm ướt hay có bóng râm – thường ở khu vực ngoại ô xung quanh – xấp xỉ bằng nhiệt độ không khí. Đảo nhiệt đô thị bề mặt thường xuất hiện đặc trưng vào cả ban ngày và đêm, nhưng hiện tượng này được nhìn thấy rõ ràng nhất vào ban ngày khi có mặt trời chiếu sáng.  Đảo nhiệt đô thị bề mặt có thể xác định và đo đạc gián tiếp qua ảnh vệ tinh bằng phương pháp viễn thám, ghi lại năng lượng được phản chiếu và phát thải ra từ mặt đất bao gồm bề mặt mái nhà, vỉa hè, thảm thực vật, mặt đất và nước.

Tất cả các bề mặt tỏa ra năng lượng nhiệt được phát sinh từ bước sóng dài. Các công cụ trên ảnh vệ tinh hay các loại viễn thám khác có thể xác định và đo đạc những bước sóng dài đưa ra biểu thị của nhiệt độ. Một vài thành phố ở khu vực Atlanta, Hoa Kỳ cũng đã sử dụng ảnh vệ tinh Lansat (Hình 6) để phân loại bề mặt đất và xác định đảo nhiệt. Ảnh vệ tinh Lansat của các điểm đảo nhiệt tại Atlanta [14]  Tuy nhiên, đo đạc bề mặt nhiệt độ bởi phương pháp viễn thám có một vài giới hạn.

Thứ nhất là do không chụp được các bức xạ phát thải theo chiều dọc tường của tòa nhà, bởi vì các thiết bị hầu hết chỉ quan sát được những phát thải theo chiều ngang của bề mặt như mặt đường, mái nhà hay ngọn cây. Thứ hai, dữ liệu viễn thám đại diện cho bức xạ đã xuyên qua không khí hai lần, bước sóng dài từ 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] mặt trời tới trái đất sau đó là từ trái đất đến khí quyển. Như vậy, dữ liệu phải được hiệu chỉnh để ước tính chính xác tính chất bề mặt bao gồm cả phản xạ năng lượng mặt trời và nhiệt độ. Đảo nhiệt đô thị khí quyển:  Đảo nhiệt đô thị khí quyển thường yếu vào cuối buổi sáng và suốt cả ngày và trở nên mạnh sau khi mặt trời lặn bởi sự tỏa nhiệt từ bề mặt cơ sở hạ tầng đô thị.

Nhiệt độ trung bình năm của một thành phố với từ một triệu dân trở lên có thể ấm hơn khu vực xung quanh khoảng 1 - 3°C. Tuy nhiên, vào những ngày trời quang, lặng gió, sự chênh lệch nhiệt độ có thể lên đến 12°C.  Nhiệt độ khí quyển thường được đo ở độ cao cách mặt đất 1,5 m đó là điểm tiêu chuẩn đo đạc thời tiết. Tất cả các nguồn dữ liệu đều có thể sử dụng cho việc nghiên cứu đảo nhiệt khí quyển bao gồm các trạm quan trắc thời tiết quốc gia, trạm thời tiết quân đội, mạng lưới các trạm quan trắc ở đô thị và các vùng miền, hay các dữ liệu đo đạc thực tế, các dữ liệu trên một số thiết bị máy móc trên ô tô hoặc máy bay.

 Tương tự như những đo đạc bề mặt, đo đạc nhiệt độ không khí cũng có những hạn chế. Mối liên hệ giữa nhiệt độ bề mặt và không khí giảm khi độ cao tăng. Do đó, khả năng nhiệt độ không khí phản ánh tin cậy nhiệt bề mặt phụ thuộc vào độ cao của vị trí đo đạc. Sử dụng phương pháp đo đạc không khí để đánh giá đảo nhiệt cũng bị ảnh hưởng bởi vài yếu tố: - Dữ liệu nhiệt độ cần phải có được từ các trạm quan trắc cả các vùng đô thị và khu vực lân cận gần đô thị; - Các nghiên cứu phải cân nhắc những sự thay đổi của thiết bị đo đạc, mẫu chọn, phương pháp ghi nhận dữ liệu và các trạm vi khí hậu; - Việc so sánh giữa nhiệt độ đô thị và các vùng lân cận trở nên ít có giá trị như các khu vực xung quanh sân bay bị đô thị hóa, bởi vì sân bay thường được coi như một nguồn khu vực lân cận đô thị.

7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nguyên nhân của hiện tượng đảo nhiệt đô thị  Mức độ che phủ thực vật thấp ở khu vực đô thị: Thực vật và không gian mở là dạng cảnh quan nổi bật ở khu vực nông thôn. Cây cối và các loài thực vật tạo bóng mát giúp giảm nhiệt độ bề mặt, chúng cũng giúp nhiệt độ không khí giảm xuống nhờ quá trình bốc hơi nước. Ngược lại, bề mặt của khu vực đô thị khô, không thấm nước như mái nhà, đường hố, khu đỗ xe [13].

Tại các thành phố phát triển, thảm thực vật dần bị thay thế bởi các bề mặt vỉa hè, đường phố và những tòa nhà. Sự thay đổi bề mặt che phủ này là nguyên nhân dẫn đến các khu đô thị bị mất bóng mát và độ ẩm. Điều này làm giảm khả năng bốc hơi nước dẫn đến gia tăng nhiệt độ bề mặt và không khí. Hình 7 cho thấy sự khác biệt về khả năng bốc hơi nước và thấm nước giữa khu vực có mức độ che phủ thực vật cao và khu vực không có cây xanh tại đô thị.

Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt [13]  Thành phần vật liệu bề mặt đô thị Thành phần vật liệu bề mặt đô thị ảnh hưởng đến mức độ phản xạ, hấp thụ hay phát xạ của năng lượng mặt trời vì mức độ phản xạ ánh sáng mặt trời, phát thải nhiệt và nhiệt dung sẽ ảnh hưởng tới mức độ đảo nhiệt đô thị. 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tương quan cường độ năng lượng mặt trời và các bước sóng tới bề mặt [13] Ánh sáng mặt trời đến Trái đất có 5% tia cực tím, 43% ánh sáng nhìn thấy từ ánh sáng đỏ đến tím, 52% tia hồng ngoại. Hình 8 cho ta thấy sự tương quan của các sóng và cường độ năng lượng.

Phần lớn năng lượng mặt trời nằm ở các bước sóng dài trong vùng nhìn thấy, do đó sự phản xạ năng lượng (hay albedo, là phần trăm năng lượng bị phản xạ bởi mặt đất) có liên quan mật thiết tới màu sắc của bề mặt.