Chương 1 TỎNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Hiện tượng đảo nhiệt tại các đô thị Hiện tượng “đảo nhiệt đô thị” — Urban Heat Island (UHI), được định nghĩa là hiện tượng mà tại cùng thời điểm, nhiệt độ trung bình ở khu vực phát triển đô thị với nhiều công trình nhân tạo cao hơn ở khu vực công viên và nông thôn có môi trường tự nhiên xung quanh. Hiện tượng tăng nhiệt độ cục bộ nảy tạo nên một khu vực trung tâm như một “ốc đảo” có nhiệt độ cao hơn các nơi khác nên được gọi là “đảo nhiệt đô thị” (EPA, 2008). Hiện tượng này được mô tả như trong biểu đồ nhiệt độ của các khu vực ở đô thị (xem Hình 1.1), nhiệt độ thấp ở khu vực nhiều cây xanh như công viên, và tăng cao ở các khu vực nhiêu công trình nhà ở.
33 cbNđh(ui°ốổềộCệ)t 32 31 30 FL Be. ck Nông TM Khu dân * Khu vực Khuvực Khudân ae: Công ' Khu dan “Trang trai thôn cưngoại ô thương mại trungtâm cưđôthị viên cưngoạiô nông thôn| Hình 1. Biéu đồ nhiệt độ các khu vực ở đô thị Hai dạng đảo nhiệt đô thị phổ biến nhất là đảo nhiệt bề mặt (surface UHI) và đảo nhiệt không khí (atmospherice UHI). Hai dạng hiện đảo nhiệt này khác nhau về cơ chế, cách quan trắc, tác động và từ đó kéo theo sự khác biệt về giải pháp giảm thiểu.
So sánh đặc tính hiện tượng dao nhiệt bề mặt và đảo nhiệt không khí Đặc tính Đảo nhiệt bề mặt Đảo nhiệt không khí Sự tăng nhiệt độ - Diễn ra cả ngày và đêm. - Ít xảy ra vào ban ngày. - Tăng mạnh vào ban ngày - Tăng mạnh vào ban đêm, và mùa hè. trước bình minh và mùa đông.
Mật độ đỉnh diém Biến thiên theo thời gian và Ít biến thiên. Phương pháp xác Do đạc gián tiếp bằng công Đo đạc trực tiếp (vi dụ: trạm định pho bién cụ viễn thám. đo thời tiết cô định). Phương tiệnmô Ảnh nhiệt - Ban đồ đường đăng nhiệt tả thông dụng - Đồ thị nhiệt độ.
Đảo nhiệt bề mặt: là hiện tượng mà ban ngày ánh nắng mặt trời làm nóng các bề mặt không được che phủ như mái nhà, tường, lề đường ở khu vực trung tâm đô thị. Trong khi đó, khu vực nông thôn và công viên do có nhiều bóng râm nên nhiệt độ các bề mặt có thể gần với nhiệt độ không khí. Do ảnh hưởng bởi tác động của ánh nang mặt trời, hiện tượng đảo nhiệt đô thi bề mặt diễn ra cả ngày và đêm, đặc biệt là mùa hẻ. Hiện tượng đảo nhiệt bề mặt được quan trắc bằng dữ liệu viễn thám (remote sensing data), sử dụng ảnh nhiệt để đo đạc sự phát xạ nhiệt và nhiệt độ của các bề mặt.
Đảo nhiệt không khí: là hiện tượng mà không khí ở khu vực trung tâm đô thị ấm hơn không khí ở vùng ngoại ô. Ngoài ra, theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ - Environmental Protection Agency (EPA), các nhà khoa học còn chia đảo nhiệt không khí thành hai loại: - Đảo nhiệt đô thị dưới tang tán (canopy layer UHIs): xảy ra tại tang không khí thấp, nơi con người sinh sông, có thé tinh 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 quyền bên trên, khoảng 1,5km. Tuy nhiên, các nghiên cứu và phân tích thường chỉ tập trung vào hiện tượng đảo nhiệt đô thị dưới tầng tán, nơi mà đời sống con người chịu tác động trực tiếp từ nhiệt độ không khí.
Hiện tượng đảo nhiệt không khí được quan trắc bằng phương pháp đo nhiệt độ không khí, có thể trải rộng khắp thành phố hoặc dùng phương pháp so sánh nhiệt độ ở từng khu vực cục bộ, ví dụ như so sánh nhiệt độ một khu trung tâm đô thị với một khu ngoại thành. Và nguyên lý, hiện tượng đảo nhiệt đô thị là do tích trữ năng lượng mặt trời trong kết cầu đô thị vào ban ngày và bức xạ năng lượng này vào bầu không khí vào ban đêm (Livingstone, 2006). Quá trình đô thị hóa làm thay đổi sự cân bằng giữa năng lượng từ mặt trời được sử dụng dé nâng cao nhiệt độ không khí (quá trình làm nóng) và bốc hơi (quá trình làm mát), vì các bề mặt thảm thực vật (có hiệu quả làm mát) đã được thay thế bởi các bề mặt không thắm nước (bê tông). Sức mạnh của UHI được do bằng "cường độ UHI", chỉ số mô tả sự khác biệt về nhiệt độ tối đa giữa các khu đô thị và nông thôn trong một khoảng thời gian nhất định.
Các nghiên cứu liên quan đến đảo nhiệt đô thị trên thế giới, trong khu vực và trong nước Yoshinori và ctv (2009) đã thiết lập một mạng lưới quan trắc ở TP. Okayama, Nhật Ban (dân số 700. Cac dir liệu mạng lưới quan trắc thu được trong các giai đoạn sau: các phép đo nhiệt độ bề mặt của máy bay trực thăng vào ngày 5 — 7 tháng 8; nhiệt độ không khí (độ cao 2,0m) từ 30/6 - 10/12 năm 2008. Nhiệt độ không khí và không ảnh được đo tại điểm 60 quan sát.
Thiết bị cảm biến có giá trị chính xác là + 0,2°C. Nhóm nghiên cứu sử dụng công thức: [ ATu-r = Tụ — Ty] nhằm xác định sự chênh lệch nhiệt độ (ATu-r) giữa khu vực thành thị (Tu) và nông thôn (T;) tại 60 điểm quan trắc. Kết quả cho thấy, cho thấy sự thay đổi theo thời gian của cường độ đảo nhiệt. Cường độ đảo nhiệt của Okayama có độ chênh lệch lớn từ 18h00 - 06h00 và giảm dần từ 09h00 đến 15h00.
Đặc biệt, sự chênh lệch nhiệt độ lớn nhất (khoảng 3,0 - 4,0°C) xảy ra từ 22h00 - 01h00. Corinne và ctv (2012) sử dụng hai ảnh từ vệ tinh Aster cho 2 thành phố Dubai va Abu Dhabi bao gom phan xa bé mat, nhiét động bề mặt và độ phát xạ bề mặt đã được tải về và tham chiếu địa lý sử dụng GCP chỉnh phân sai chụp trong một trường hoạt động tai UAE. Các RMS (Root Mean Square) giá trị nhỏ hon 0,4 pixels cho ca bốn anh. Nhóm nghiên cứu tinh toán bức xạ sóng ngắn thuần (1), sự phản xạ sóng ngắn (R), bức xạ khí quyền truy cập (A) và sự phát xạ nhiệt (E).
Các bức xạ thuần (Rn) tính bởi công thức: Rn [W/m?]=I-R+A-E Kết quả so sánh giữa nhiệt độ và phân tích bức xạ thuần cho thay rang không có mối quan hệ trực tiếp giữa chúng. Các bức xạ thuần, đầu tiên được điều khiến bởi các phản xạ, thứ hai bởi sự phát xạ sóng dài. Nó cung cấp năng lượng có sẵn cho các dòng nhiệt, nhưng các yeu tô kiểm soát chính của nhiệt độ bề mặt là sự bay hơi, thông lượng nhiệt tiềm an. Sự phụ thuộc vào các dòng nhiệt tiềm ấn là rất cao.
Tại các khu vực định cư trong đó bức xạ thuần là cao, nhiệt độ thấp (do thảm thực vật cho phép bốc hơi) so với các khu vực sa mạc, nơi ít năng lượng nhưng không có nguồn nước cấp cho sự bay hơi. Theo nghiên cứu của Nguyễn Trọng Cần và ctv (2019) đã sử dụng ảnh từ vệ tinh Landsat 7 (chụp năm 2017) dé nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt tại TP Bangkok, Thái Lan. Kết quả cho thấy nhiệt độ bề mặt trung bình tại khu vực nghiên cứu là 28,6°C (+=2.5°C), trong đó nhiệt độ cao nhất đạt 44,2°C tại khu vực đô thị và nhiệt độ thấp nhất là 11,9 °C tại các bề mặt phủ nước ngoài đô thị, cho thấy có sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt trung bình của các quận nội ô trung tâm thành phố va các quận ngoại ô bên ngoài thành phó. Nhiệt độ trung bình khu vực đô thị trên các quận nội ô được ước tính khoảng 30,76°C (+ 1,6°C) với khoảng nhiệt độ bề mặt dao động từ 29,8 - 31,3°C tương ứng tại quận Prawet và quận Lat Phrao.
Nhiệt độ trung bình tại khu vực nảy cao hơn hantai các quận ngoại 6 với nhiệt độ trung bình là 28,58°C (+ 1,7°C), trong đó quận có nhiệt độ cao nhất là Bang Yai đạt 30°C và quận có nhiệt độ trung bình thấp nhất là Rat Burana với 27,3°C. Chuyén đổi nhiệt độ bề mặt đất từ dữ liệu anh Landsat 8 bằng giải thuật Split Window tại quận Ranchi (Shahid, 2014). Nghiên cứu sử dụng ảnh từ Landsat 8 TIRS (cảm biến nhiệt hồng ngoại) kênh phổ 10 và 11 và OLI (Bộ thu ảnh mặt đất - Operational Land Imaginer) kênh phố (1-9) của ngày 04/04/2014. Nhiệt K1 và K2 liên tục và thống kê hình ảnh khác là có được từ các siêu dir liệu của các tập tin hình ảnh với sự hỗ trợ của các phần mềm Erdas Imagine 9.1, Arc Map 10, Envi 4.
Giải thuật Split— Window khá mới, đặc biệt là sử dụng ảnh từ Lansat 8, là một vệ tinh mới được Mỹ đưa vào quỹ đạo năm 2013, có độ phân giải cao hơn hắn các vệ tinh trước đó. Trần Thị Vân và ctv (2017) trình bày kết quả nghiên cứu biến đổi nhiệt độ đô thị trên cơ sở ứng dụng viễn thám, qua đó phân tích và thiết lập mỗi tương quan giữa sự thay đôi nhiệt độ và quá trình đô thị hóa cho khu vực phía Bắc thành phó Hồ Chí Minh, góp phần phục vụ quy hoạch phát triển đô thị bền vững. Phân bồ nền nhiệt độ bề mặt cao tập trung ở các quận nội thành và quận huyện phía Bắc. Khu vực phía Bắc TPHCM đa số nằm trong khoảng LST từ 35°C đến 40°C chủ yếu tập trung tại khu vực đô thị, khu vực dân cư thiếu cây xanh hoặc với mật độ cây xanh thưa thớt hoặc các khu vực đất trồng, tương ứng với sự suy giảm lớp phủ thực vật về phân bố không gian của độ phát xạ bề mặt như quận 10, quận Gò Vap, quận 11, quận Tân Phú.
Khoảng LST từ 30°C đến 35°C tập trung ở khu vực cây xanh, đồng cỏ và đất nông nghiệp, chủ yếu ở huyện Củ Chi và huyện Bình Chánh và một phần huyện Hóc Môn. Những khu vực này hoạt động sản xuất chủ yếu là canh tác nông nghiệp, trồng lúa và cây lương thực. Khu vực có LST thấp hơn 30°C là khu vực rừng và mặt nước ven sông sài gòn. LST mặt nước thường có giá trị không đổi dao động từ 20°C đến 30°C.
Nguyễn Quang Huy, Phùng Văn Khoa (2017) đã sử dụng anh từ vệ tinh Landsat 8 (chụp năm 2013 và 2015) để đánh giá hiệu quả giảm nhiệt của không gian xanh đô thị cho 9 quận nội thành của TP Hà Nội. Kết quản cho thấy, hiệu quả giảm nhiệt (từ 1 — 39C) tỉ lệ thuận với diện tích cây xanh trong khu vực.