Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm không khí là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Riêng bụi mịn PM2.5 được xem là nguyên nhân gây tử vong cao thứ 6 trên thế giới, cướp đi khoảng 4 triệu sinh mạng mỗi năm. Tại Việt Nam, đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM), chất lượng không khí đã có những biến động đáng chú ý trong giai đoạn 2019-2022, nhất là trong bối cảnh đại dịch COVID-19. Đại dịch đã khiến nhiều quốc gia áp dụng các biện pháp giãn cách xã hội, hạn chế hoạt động công nghiệp và giao thông, từ đó tác động rõ rệt đến chất lượng không khí.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng kỹ thuật viễn thám, sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-5P để đánh giá chất lượng không khí tại TPHCM trong thời kỳ dịch COVID-19, tập trung vào các chỉ tiêu Nitrogen Dioxide (NO2) và Ultraviolet Aerosol Index (UVAI) đại diện cho bụi PM2.5. Phạm vi nghiên cứu bao gồm dữ liệu từ năm 2019 đến 2022, với khu vực nghiên cứu là toàn bộ địa bàn TPHCM. Nghiên cứu cũng đối chứng kết quả từ ảnh vệ tinh với dữ liệu quan trắc thực địa từ trạm của Lãnh sự quán Hoa Kỳ tại TPHCM.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện ở việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và cải thiện chất lượng không khí, đồng thời khai thác tiềm năng của công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường tại Việt Nam, nơi các trạm quan trắc mặt đất còn hạn chế. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao nhận thức về tác động của hoạt động con người đến môi trường không khí trong bối cảnh dịch bệnh và hỗ trợ xây dựng chính sách bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết viễn thám và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng không khí. Viễn thám là khoa học thu thập và phân tích dữ liệu từ xa thông qua ảnh vệ tinh, cho phép đo lường các thành phần ô nhiễm không khí mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Ảnh vệ tinh Sentinel-5P với cảm biến TROPOMI cung cấp dữ liệu về nồng độ NO2 và chỉ số UVAI, đại diện cho bụi mịn PM2.5.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm:

  • Nitrogen Dioxide (NO2): Khí ô nhiễm chủ yếu phát sinh từ hoạt động giao thông và công nghiệp, ảnh hưởng đến sức khỏe hô hấp và tim mạch.
  • Ultraviolet Aerosol Index (UVAI): Chỉ số đo mức độ ô nhiễm hạt bụi mịn trong không khí, phản ánh khả năng phản xạ tia tử ngoại của các hạt aerosol.
  • Chỉ số chất lượng không khí (AQI): Hệ thống đánh giá tổng hợp mức độ ô nhiễm không khí dựa trên nhiều chỉ tiêu, giúp phân loại mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là ảnh vệ tinh Sentinel-5P được trích xuất trên nền tảng Google Earth Engine (GEE), kết hợp với dữ liệu quan trắc AQI từ trạm Lãnh sự quán Hoa Kỳ tại TPHCM. Cỡ mẫu dữ liệu bao gồm ảnh trung bình tháng từ năm 2019 đến 2022, tập trung vào khu vực hành chính TPHCM.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Trích xuất và xử lý dữ liệu NO2 và UVAI từ ảnh Sentinel-5P trên GEE.
  • Tính toán nồng độ trung bình và phân bố không gian của các chỉ tiêu.
  • So sánh và đối chứng dữ liệu vệ tinh với dữ liệu AQI thực địa.
  • Phân tích thống kê, bao gồm hệ số tương quan Pearson để đánh giá mối liên hệ giữa các chỉ tiêu.
  • Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2022 đến tháng 12/2023, đảm bảo thu thập đủ dữ liệu cho giai đoạn trước, trong và sau giãn cách xã hội do COVID-19.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm nồng độ NO2 trong thời kỳ giãn cách xã hội: Nồng độ NO2 tại TPHCM giảm lần lượt 6%, 8% và 5% so với các năm 2019, 2020 và 2022 trong giai đoạn cách ly xã hội. Dữ liệu trung bình tháng cho thấy sự sụt giảm rõ rệt trong các tháng áp dụng biện pháp giãn cách.

  2. Giảm chỉ số UVAI đại diện cho bụi PM2.5: Chỉ số UVAI giảm mạnh hơn, lần lượt 32%, 28% và 26% so với các năm 2019, 2020 và 2022 trong cùng giai đoạn. Điều này phản ánh sự giảm đáng kể của bụi mịn PM2.5 do hạn chế hoạt động giao thông và công nghiệp.

  3. Mối tương quan cao giữa UVAI và AQI: Hệ số tương quan Pearson giữa chỉ số UVAI từ ảnh vệ tinh và chỉ số AQI từ trạm quan trắc đạt mức cao, chứng tỏ tính chính xác và khả năng ứng dụng của dữ liệu viễn thám trong giám sát chất lượng không khí.

  4. Phân bố không gian ô nhiễm: Các quận trung tâm và khu vực có mật độ giao thông cao ghi nhận mức NO2 và UVAI cao hơn, trong khi các khu vực ngoại thành có mức thấp hơn, phản ánh ảnh hưởng của hoạt động con người đến ô nhiễm không khí.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm nồng độ NO2 và UVAI là do các biện pháp giãn cách xã hội đã làm giảm đáng kể hoạt động giao thông và sản xuất công nghiệp, hai nguồn phát thải chính của các chất ô nhiễm này. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế tại Trung Quốc, Ấn Độ và các thành phố lớn khác trên thế giới, nơi cũng ghi nhận mức giảm NO2 từ 30% đến 70% trong thời gian phong tỏa.

Việc sử dụng ảnh Sentinel-5P cho phép giám sát liên tục và toàn diện, khắc phục hạn chế của các trạm quan trắc mặt đất còn ít và không phủ rộng. Dữ liệu vệ tinh cung cấp cái nhìn tổng thể về biến động chất lượng không khí theo thời gian và không gian, hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý môi trường.

Biểu đồ phân bố nồng độ NO2 và UVAI theo tháng và theo quận huyện có thể minh họa rõ ràng xu hướng giảm trong giai đoạn giãn cách, đồng thời cho thấy sự phục hồi mức độ ô nhiễm khi các hoạt động trở lại bình thường. Bảng so sánh các chỉ tiêu giữa các năm cũng làm nổi bật tác động của dịch bệnh đến môi trường không khí.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường: Khuyến khích các cơ quan quản lý sử dụng dữ liệu vệ tinh Sentinel-5P để theo dõi chất lượng không khí liên tục, đặc biệt tại các khu vực chưa có trạm quan trắc mặt đất. Thời gian thực hiện: ngay lập tức và duy trì lâu dài.

  2. Phát triển hệ thống trạm quan trắc mặt đất đồng bộ: Đầu tư xây dựng thêm các trạm quan trắc chất lượng không khí tại các quận, huyện trọng điểm để đối chứng và nâng cao độ chính xác dữ liệu. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường TPHCM, trong vòng 2 năm tới.

  3. Xây dựng chính sách giảm thiểu ô nhiễm giao thông: Áp dụng các biện pháp hạn chế phương tiện cá nhân, phát triển giao thông công cộng xanh, và kiểm soát khí thải phương tiện. Mục tiêu giảm NO2 ít nhất 10% trong 3 năm tới.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chiến dịch giáo dục về tác hại ô nhiễm không khí và khuyến khích hành vi thân thiện môi trường như sử dụng phương tiện công cộng, hạn chế đốt rác. Thời gian triển khai: liên tục, ưu tiên trong 1 năm đầu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường, các phòng ban liên quan có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách giám sát và cải thiện chất lượng không khí.

  2. Nhà nghiên cứu và học thuật: Các chuyên gia về môi trường, viễn thám, và quản lý tài nguyên có thể tham khảo phương pháp và dữ liệu để phát triển nghiên cứu sâu hơn.

  3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư: Các công ty hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp, giao thông có thể áp dụng các giải pháp giảm phát thải dựa trên phân tích ô nhiễm không khí.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Người dân và các tổ chức bảo vệ môi trường có thể hiểu rõ hơn về tác động của hoạt động con người đến chất lượng không khí, từ đó tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Ảnh vệ tinh Sentinel-5P có ưu điểm gì trong giám sát chất lượng không khí?
    Sentinel-5P cung cấp dữ liệu với độ phân giải cao, quan sát toàn cầu và cập nhật hàng ngày, giúp theo dõi biến động chất lượng không khí liên tục và chi tiết, đặc biệt hữu ích tại các khu vực thiếu trạm quan trắc mặt đất.

  2. Chỉ số UVAI phản ánh điều gì về chất lượng không khí?
    UVAI đo mức độ ô nhiễm hạt bụi mịn trong không khí dựa trên khả năng phản xạ tia tử ngoại, giúp đánh giá sự hiện diện và mức độ của các hạt aerosol có hại như PM2.5.

  3. Tại sao nồng độ NO2 giảm trong thời gian giãn cách xã hội?
    Giãn cách xã hội làm giảm hoạt động giao thông và sản xuất công nghiệp, hai nguồn phát thải chính NO2, dẫn đến sự giảm đáng kể nồng độ khí này trong không khí.

  4. Dữ liệu vệ tinh có thể thay thế hoàn toàn trạm quan trắc mặt đất không?
    Dữ liệu vệ tinh cung cấp cái nhìn tổng thể và liên tục nhưng vẫn cần trạm quan trắc mặt đất để đối chứng và hiệu chỉnh, đảm bảo độ chính xác và chi tiết cho các phân tích.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý môi trường tại TPHCM?
    Kết quả nghiên cứu giúp xác định các khu vực ô nhiễm cao, đánh giá hiệu quả các biện pháp giảm phát thải, từ đó hỗ trợ xây dựng chính sách, quy hoạch và các chương trình cải thiện chất lượng không khí hiệu quả.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh sự giảm đáng kể nồng độ NO2 và chỉ số UVAI (PM2.5) tại TPHCM trong giai đoạn giãn cách xã hội do COVID-19, lần lượt giảm 5-8% và 26-32% so với các năm trước.
  • Ứng dụng ảnh vệ tinh Sentinel-5P trên nền tảng Google Earth Engine là phương pháp hiệu quả, cung cấp dữ liệu liên tục và toàn diện cho giám sát chất lượng không khí.
  • Mối tương quan cao giữa dữ liệu vệ tinh và trạm quan trắc thực địa khẳng định tính chính xác và tiềm năng ứng dụng của công nghệ viễn thám trong quản lý môi trường.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ tác động của hoạt động con người đến ô nhiễm không khí, hỗ trợ xây dựng chính sách giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng hệ thống trạm quan trắc, phát triển mô hình dự báo chất lượng không khí và tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức xã hội về bảo vệ môi trường.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ bầu không khí trong lành cho TPHCM và cộng đồng!