MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, tốc độ phát triển đô thị ngày càng cao, dân số tăng nhanh cùng với sự di dân, tạo ra nhiều vấn đề về môi trƣờng về xã hội. Trong đó, cảm nhận rõ nhất là sự căng thẳng nhiệt trong môi trƣờng đô thị, đặt biệt là khu vực nội thành, dẫn đến sự thiếu tiện nghi về môi trƣờng làm việc, môi trƣờng sống cũng nhƣ làm giảm năng suất lao động. Nhiệt tạo ra và nhiệt thu giữ từ các tòa nhà, mặt đƣờng, khiến cho môi trƣờng thành phố nóng lên (đƣợc gọi là hòn đảo nhiệt đô thị).
Các vấn đề này làm cho môi trƣờng nhiệt ngày càng khắc nghiệt, sự tiện nghi trở nên bất ổn cho thành phố ở hiện tại và tƣơng lai, đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu về môi trƣờng nhiệt đô thị để thành phố trong tƣơng lai trở thành khu vực đáng sống hơn với mức tiện nghi về nhiệt tốt hơn. Chỉ số nhiệt môi trƣờng đô thị UEHI (Urban-Environment Heat Index), bản chất là chỉ số mức độ tiện nghi nhiệt tại nơi làm viêc và nơi sinh sống của cƣ dân thành phố, chỉ số này đƣợc đo lƣờng từ các yếu tố khí tƣợng, chủ yếu bao gồm nhiệt độ và độ ẩm đƣợc đo ở độ cao 2m. Các quan trắc từ trạm khí tƣợng chỉ cho biết số đo tại điểm quan trắc, nhƣng khi đƣợc kết hợp với việc ứng dụng viễn thám để mô phỏng rộng hơn mức độ tiện nghi nhiệt về mặt không gian. Cho chúng ta thấy đƣợc khái quát hơn, toàn diện hơn mức độ tiện nghi nhiệt trên toàn thành phố, cũng nhƣ mở rộng hơn nữa trên nhiều vùng nghiên cứu khác.
Viễn thám là công nghệ nhiều tiềm năng, do sử dụng nguồn ảnh vệ tinh có khả năng cung cấp đƣợc nhiều thông tin hữu ích trên một phạm vi rộng lớn, theo chu kì và thể hiện hình ảnh không gian, ngoài ra viễn thám còn là một kỹ thuật nổi bật trong quá trình đánh giá, nhờ khả năng cung cấp thông tin nhanh chóng, chi phí hợp lí và thông tin bao phủ toàn khu vực nghiên cứu. Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những đô thị phát triển và mở rộng nhanh. Sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế – xã hội dẫn đến cơ sở hạ tầng tăng nhanh, diện tích nhà ở đƣợc mở rộng ra ngoại thành nhiều hơn so với trƣớc đây. Điều đó tác động đến sự biến đổi vi khí hậu, rõ nét nhất là sự tăng lên của nhiệt độ bề mặt đô thị so với các vùng lân cận, hình thành nên “đảo nhiệt” (heat island) trong lớp biên khí quyển bên trên của thành phố, đồng thời cũng gây nên những vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng đối 1 với cƣ dân, đặc biệt là sự tiện nghi nhiệt ngày càng suy giảm do sự nóng toàn cầu và ngay chính bên trong thành phố.
Xuất phát từ những lý do trên, để phản ánh thực tế trên toàn vùng nghiên cứu về mặt không gian, lựa chọn phƣơng pháp viễn thám sử dụng trong bài nghiên cứu này là giải pháp hiệu quả nhất. Đề tài “Ứng dụng viễn thám xác định các tham số khí tượng, hỗ trợ tính chỉ số nhiệt môi trường đô thị cho Thành Phố Hồ Chí Minh” đƣợc đề xuất thực hiện cho luận văn tốt nghiệp. Mục tiêu nghiên cứu Xác định các tham số khí tƣợng từ kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám để mô phỏng phân bố không gian tình trạng nhiệt môi trƣờng đô thị cho Thành Phố Hồ Chí Minh (TPHCM), từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động của tình trạng căng thẳng nhiệt nhằm phục vụ chất lƣợng sống đô thị ngày càng tốt hơn 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: bao gồm: - Hai tham số khí tƣợng: nhiệt độ không khí và độ ẩm không khí - Chỉ số nhiệt môi trƣờng đô thị UEHI thông qua chỉ số bất tiện nghi nhiệt DI (Thermal Discomfort Index) Các tham số này đƣợc tính toán từ ảnh vệ tinh với các kỹ thuật xử lý ảnh số và thông kê Giới hạn nghiên cứu: Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng sống và khả năng làm việc, sức khỏe của con ngƣời có thể kể đến nhƣ nhiệt độ môi trƣờng, chất lƣợng nƣớc, chất lƣợng không khí, chất thải rắn, cây xanh, tiếng ồn, các yếu tố kinh tế xã hội, áp lực môi trƣờng … Mỗi nhà quản lý sẽ có những chỉ tiêu riêng để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng sống và làm việc.
Tuy nhiên, luận văn theo hƣớng ứng dụng viễn thám nên chỉ xem xét các yếu tố môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, chỉ số tiện nghi nhiệt đƣợc trích xuất trực tiếp và gián tiếp từ ảnh vệ tinh, mang đặc tính không gian và định lƣợng có tính khách quan cao. Nghĩa là, luận văn sẽ không xem xét các yếu tố về kinh tế xã hội liên quan, cũng nhƣ các yếu tố về chất lƣợng môi trƣờng đất, nƣớc, khí khác 2 Khu vực nghiên cứu: Phía Bắc thành phố Hồ Chí Minh (trừ huyện Cần Giờ). Thời gian nghiên cứu: Ảnh chụp vệ tinh ngày 19 tháng 01 năm 2019. Nội dung nghiên cứu (1) Tổng quan các tài liệu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về ứng dụng viễn thám trong giám sát nhiệt môi trƣờng.
(2) Xác định các tham số khí tƣợng từ xử lý ảnh, gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tính toán chỉ số DI và thành lập bản đồ phân bố không gian. (3) Đánh giá hiện trạng các yếu tố thành phần và phân tích tƣơng quan giữa lớp phủ bề mặt với môi trƣờng nhiệt đô thị. (4) Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phù hợp hỗ trợ công tác quản lý môi trƣờng, nhằm phục vụ chất lƣợng sống đô thị ngày càng tốt hơn 5. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn bao gồm: 1. Phƣơng pháp tổng quan tài liệu, thu thập dữ liệu: Phƣơng pháp này dùng để tổng hợp thông tin tài liệu về vấn đề nghiên cứu trong đề tài. Các thông tin đƣợc thu thập từ các bài báo khoa học, luận văn, luận án, các sách, tập san cũng nhƣ từ các nguồn thông tin đáng tin cậy trên mạng Internet và các cơ quan quản lý liên quan. Phƣơng pháp thống kê: Phƣơng pháp đƣợc sử dụng chủ yếu trong đề tài là tính toán chỉ số bất tiện nghi nhiệt theo phƣơng trình tuyến tính từ các giá trị nhiệt độ và độ ẩm, phân tích hồi quy tuyến tính (hoặc phi tuyến) để tìm ra mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ ẩm đƣợc tính toán từ ảnh vệ tinh với giá trị nhiệt độ tại các trạm đo.
Ngoài ra, đề tài còn sử dụng các phép thống kê theo phần trăm, phân tích xu hƣớng biến động để đánh giá sự biến động của vùng tiện nghi nhiệt theo thời gian và không gian. Phƣơng pháp viễn thám: Các phép xử lý ảnh số kết hợp tính toán các chỉ số thành phần và thành lập bản đồ đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp này. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Tính khoa học Kết quả của đề tài sẽ đóng góp cơ sở khoa học xác định tình trạng căng thẳng nhiệt, sự tiện nghi nhiệt của môi trƣờng đô thị Thành phố Hồ Chí Minh bằng viễn thám, hỗ trợ con ngƣời không cần trực tiếp đến tận nơi hay đo đạc từng điểm.
Nhờ tiếp cận viễn thám mà có thể đánh giá chính xác hơn các vùng tiện nghi nhiệt, sự phân bố của nó về mặt không gian đối với 23 quận huyện khu vực TPHCM. Tính thực tiễn Vấn đề về căng thẳng nhiệt, sự tiện nghi nhiệt của môi trƣờng đô thị hiện nay đang đƣợc quan tâm không chỉ tại Việt Nam mà các quốc gia khác trên thế giới cũng quan tâm không kém. Căng thẳng nhiệt đô thị tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng, sống và làm việc trong môi trƣờng nhiệt độ càng cao và độ ẩm ngoài vùng tiện nghi sẽ khiến con ngƣời có nguy cơ gánh chịu một áp lực đáng kể dẫn đến nhiều rủi ro về sức khỏe. Do đó, việc ứng dụng tƣ liệu ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ và đánh giá tình trạng nhiệt môi trƣờng đô thị thông qua chỉ số DI là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả của đề tài góp phần chi các nghiên cứu về dự báo những diễn biến mức độ tiện nghi nhiệt môi trƣờng đô thị, đánh giá xem xét tác động đến sức khỏe cộng đồng cũng nhƣ xây dựng các giải pháp giảm thiểu rủi ro. Ngoài ra, đề tài cũng cung cấp cơ sở dữ liệu để làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu có liên quan trong tƣơng lai, đƣa ra những cảnh báo về nguy cơ cũng nhƣ các biện pháp thích ứng và giảm nhẹ tác động nhiệt môi trƣờng đô thị. 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. NHIỆT MÔI TRƢỜNG ĐÔ THỊ Nhiệt độ trái đất đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với con ngƣời, động vật và thực vật về các mặt quay vòng sinh sản, tốc độ hô hấp, tiêu hóa và nhiều hoạt động sinh hóa.
Khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm tăng tốc độ phản ứng hóa học dẫn đến làm tăng quá trình trao đổi chất, tăng quá trình sinh lý làm cho con ngƣời và động vật cần nhiều thức ăn hơn. Tuy nhiên nếu lƣợng nhiệt thải vào môi trƣờng không khí quá nhiều làm cho tốc độ biến đổi nhiệt độ nhanh trong khi khả năng thích nghi của con ngƣời, động vật và thực vật chƣa đáp ứng kịp sẽ gây nên những tác động xấu, ví dụ khi con ngƣời hay động vật đang làm việc ở ngoài trời nóng bức nếu gặp mƣa to đột ngột sẽ dễ bị cảm lạnh, đôi khi có thể tử vong, hoặc khi con ngƣời đang ở trong phòng điều hòa ra ngoài mà nhiệt độ không khí rất cao sẽ gây nên hiện tƣợng “sốc nhiệt”. Theo khảo sát khi nhiệt độ tăng cao sẽ làm cho con ngƣời có nhu cầu về uống tăng lên còn về ăn lại giảm đi dẫn đến mệt mỏi, năng suất lao động và chất lƣợng lao động giảm, tai nạn lao động tăng lên. Đô thị đƣợc cấu trúc bởi các công trình xây dựng đƣợc bao phủ bởi các bề mặt không thấm.
Các bề mặt này có đặc tính hấp thu nhiệt tốt từ bức xạ mặt trời, đồng thời ngăn cản các dòng nƣớc thấm vào bên trong lòng đất, hệ quả là nguồn bức xạ nhiệt từ mặt đất trở lại vào bầu khí quyển sẽ có nhiệt độ cao và đốt nóng lớp không khí bên trên. Chính điều này làm cho môi trƣờng nhiệt đô thị ngày càng khắc nghiệt do thiếu đi lớp phủ xanh tự nhiên.